لماذا تتوسع بالونات الطقس على ارتفاعات عالية؟

على الرغم من أن بالونات الطقس تبدو مرنة وصغيرة وغريبة منذ البداية - مثل الفقاعات العائمة الضعيفة - عند حدوثها تصل إلى ارتفاعات تزيد عن 100000 قدم (30000 متر) ، تكون البالونات مشدودة وقوية وأحيانًا بحجم المنزل. بدءًا من اختراع منطاد الهواء الساخن في القرن الثامن عشر ، أتاحت رحلات المنطاد حمل الأشياء عالياً في السماء.

في عام 1785 ، الطبيب الإنجليزي جون جيفريز - الذي غالبًا ما يحصل على الفضل باعتباره أول شخص يستخدم بالونات الهواء الساخن من أجله الأغراض العلمية - إرفاق مقياس حرارة ومقياس ضغط جوي ومقياس رطوبة (أداة تقيس الرطوبة النسبية) بالحرارة منطاد هوائي. بلغ ارتفاع المنطاد 9000 قدم (2700 م) وقياس بيانات الغلاف الجوي. اعتبارًا من عام 2010 ، وصلت بالونات الطقس الحديثة إلى ارتفاعات تزيد عن 100000 قدم وتستخدم الهيليوم أو الهيدروجين بدلاً من الهواء الساخن للارتفاع.

لإطلاق منطاد الطقس ، يملأ علماء الأرصاد البالون إما بالهيليوم أو الهيدروجين ، وهو أخف العناصر وأكثرها وفرة في الكون. ومع ذلك ، فإن العلماء لا يملأون البالون حتى السعة: عندما يبدأ البالون في ذلك الارتفاع ، يبدو غلاف البالون (أو المغلف) مرنًا ، وليس مشدودًا مثل بالون منتفخ أو هواء ساخن بالون.

العلماء لا يملأون البالون بالسعة لأسباب استراتيجية: مع ارتفاع منطاد في الغلاف الجوي ، ينخفض ​​الضغط حول البالون. ينخفض ​​الضغط لأن الهواء يصبح أرق في الغلاف الجوي الأعلى. مع انخفاض الضغط ، يملأ البالون بإحكام ، بكامل طاقته ، للتعويض عن فقدان الضغط الخارجي.

وفقًا لدونالد يي ، دكتوراه من معهد سان فرانسيسكو إستواري ، يكون الضغط الجوي على مستوى الأرض أقوى بكثير مما هو عليه في الغلاف الجوي الرقيق. إذا كان البالون ممتلئًا تمامًا من البداية ، حيث انخفض الضغط خارج البالون ، فسيحاول البالون التمدد لمعادلة الضغط ، ولكنه سينفجر بدلاً من ذلك.

يستخدم علماء الأرصاد الجوية والعلماء بالونات الطقس لإجراء قياسات الأرصاد الجوية على ارتفاعات عالية. يعلق العلماء أداة تسمى المسبار اللاسلكي بقاعدة البالون المملوء بالهيليوم. يرسل المسبار اللاسلكي - الذي يقيس درجة الحرارة والرطوبة وضغط الهواء - قياسات الأرصاد الجوية إلى المحطات الأرضية من خلال أجهزة إرسال لاسلكية.

عندما يرتفع منطاد الطقس إلى ارتفاعات عالية ، حيث ينخفض ​​ضغط الهواء ، يزداد ضغط الهيليوم أو الهيدروجين داخل البالون ويوسع البالون. بهذه الطريقة يمكن أن يرتفع المنطاد والمسبار اللاسلكي بوتيرة ثابتة عالياً في الغلاف الجوي. تقوم البالونات بالتكبير لأعلى بمعدل 1000 قدم في الدقيقة.

وفقًا لـ Wendell Bechtold ، خبير الأرصاد الجوية لخدمة الطقس الوطنية في سانت لويس ميسوري ، يصعد البالون إلى ارتفاع حوالي 100000 قدم ، وهو ما يكفي لرؤية حافة الأرض الزرقاء المستديرة من الفضاء. بهذا الارتفاع ، يتم شد البالون - اعتمادًا على حجم المغلف أو مادة البالون - بعرض السيارة أو المنزل.

عندما لا يعود البالون قادرًا على التمدد للخارج ، وبالتالي يرتفع أكثر ، يتمزق البالون. يهرب الغاز بالداخل وتتراجع أداة المسبار اللاسلكي والبالون المحطم إلى الأرض. تمنع المظلة المرفقة بالجهاز حدوث تلف ؛ ومع ذلك ، لا يمكن استخدام البالون مرة أخرى.

قبل توصيل المسبار اللاسلكي بالبالون ، يقوم خبراء الأرصاد الجوية بإدخال كيس صغير داخل المسبار اللاسلكي. يوجد داخل الحقيبة بطاقة تخبر من وجد البالون الساقط والجهاز ما هو والغرض العلمي منه. يجب على هذا الشخص إعادة المسبار اللاسلكي إلى مركز التجديد حيث يقرأ العلماء البيانات ويصلحون أي أضرار ويعيدون استخدام المسبار اللاسلكي لرحلة مستقبلية.