Hvorfor udvides vejrballoner i høje højder?

Selvom vejrballoner ser floppy, små og underlige ud fra starten - som svage flydende bobler - når de når højder på over 100.000 fod (30.000 meter) er ballonerne stramme, stærke og nogle gange så store som et hus. Startende med opfindelsen af ​​luftballonen i det 18. århundrede har ballonflyvninger gjort det muligt at bære genstande højt op til himlen.

I 1785 modtog den engelske læge John Jeffries - som ofte får kredit som den første person til at bruge luftballoner til videnskabelige formål - fastgjort et termometer, barometer og hygrometer (et instrument, der måler relativ luftfugtighed) til et varmt luftballon. Ballonen nåede en skyhøjde på 9.000 fod (2.700 m) og målte atmosfæriske data. Fra 2010 når moderne vejrballoner højder på over 100.000 fod og bruger helium eller brint i stedet for varm luft til at stige.

For at starte en vejrballon fylder meteorologer ballonen med enten helium eller brint, de letteste og mest rigelige elementer i universet. Forskerne fylder dog ikke ballonen helt til kapacitet: når ballonen begynder at stige, ballonhuset (eller kuvert) ser floppy ud, ikke stramt som en sprængt ballon eller varm luft ballon.

Forskere fylder ikke ballonen til kapacitet af strategiske årsager: Når en ballon stiger ud i atmosfæren, falder trykket omkring ballonen. Trykket aftager, fordi luft bliver tyndere i højere atmosfære. Efterhånden som trykket aftager, fyldes en ballon tæt til sin fulde kapacitet for at kompensere for tabet af tryk udefra.

Ifølge Donald Yee, Ph. D fra San Francisco Estuary Institute, er atmosfærisk tryk ved jordoverfladen meget stærkere, end det er højt oppe i den tyndere atmosfære. Hvis ballonen var helt fyldt fra starten, da trykket uden for ballonen faldt, ville ballonen forsøge at udvide sig for at udligne trykket, men i stedet ville det poppe.

Meteorologer og forskere bruger vejrballoner til at foretage meteorologiske målinger i store højder. Forskere vedhæfter et instrument kaldet en radiosonde til bunden af ​​den heliumfyldte ballon. Radiosonde - som måler temperatur, fugtighed og lufttryk - transmitterer meteorologiske målinger til jordstationer via radiosendere.

Når en vejrballon stiger i store højder, hvor lufttrykket falder, stiger helium- eller brintrykket inde i ballonen og udvider ballonen. På denne måde kan ballonen og radiosonde stige i et konstant tempo højt op i atmosfæren. Balloner zoomer opad omkring 1000 fod i minuttet.

Ifølge Wendell Bechtold, meteorologprognose for National Weather Service i St. Louis Missouri, ballonen stiger til en højde på omkring 100.000 fod, nok til at se jordens blå afrundede kant fra plads. I den højde strækkes ballonen - afhængigt af størrelsen på konvolutten eller ballonmaterialet - lige så bredt som en bil eller et hus.

Når ballonen ikke længere kan strække sig udad og derfor rejse sig længere, brister ballonen. Gassen indeni undslipper, og radiosondeinstrumentet og den ødelagte ballon falder tilbage på jorden. En faldskærm fastgjort til instrumentet forhindrer skader; dog kan ballonen ikke bruges igen.

Før radiosonde fastgøres til en ballon, indsætter meteorologer en lille pose inde i radiosonden. Inde i posen er der et kort, der fortæller, hvem der finder den faldne ballon og instrument, hvad det er, og dets videnskabelige formål. Den person skal sende radiosonde tilbage til et rekonditioneringscenter, hvor forskere læser dataene, reparerer eventuelle skader og genbruger radiosonden til en fremtidig flyvning.