Mengapa Balon Cuaca Membentang di Ketinggian?

Meskipun balon cuaca terlihat floppy, kecil dan aneh dari awal--seperti gelembung mengambang yang lemah--ketika mereka mencapai ketinggian lebih dari 100.000 kaki (30.000 meter) balonnya kencang, kuat dan terkadang sebesar rumah. Dimulai dengan penemuan balon udara panas pada abad ke-18, penerbangan balon memungkinkan untuk membawa benda-benda tinggi ke langit.

Pada tahun 1785, dokter Inggris John Jeffries--yang sering menerima pujian sebagai orang pertama yang menggunakan balon udara untuk tujuan ilmiah--melekatkan termometer, barometer, dan higrometer (alat untuk mengukur kelembaban relatif) pada suhu panas balon udara. Balon mencapai ketinggian 9.000 kaki (2.700 m) dan mengukur data atmosfer. Pada 2010, balon cuaca modern mencapai ketinggian lebih dari 100.000 kaki dan menggunakan helium atau hidrogen alih-alih udara panas untuk naik.

Untuk meluncurkan balon cuaca, ahli meteorologi mengisi balon dengan helium atau hidrogen, elemen paling ringan dan paling melimpah di alam semesta. Namun, para ilmuwan tidak mengisi balon sampai penuh: ketika balon mulai naik, casing balon (atau amplop) terlihat floppy, tidak kencang seperti balon yang ditiup atau udara panas balon.

Para ilmuwan tidak mengisi balon dengan kapasitas karena alasan strategis: saat balon naik ke atmosfer, tekanan di sekitar balon berkurang. Tekanan berkurang karena udara semakin tipis di atmosfer yang lebih tinggi. Saat tekanan berkurang, balon terisi dengan kencang, hingga kapasitas penuhnya, untuk menebus hilangnya tekanan luar.

Menurut Donald Yee, Ph. D dari San Francisco Estuary Institute, tekanan atmosfer di permukaan tanah jauh lebih kuat daripada di atmosfer yang lebih tipis. Jika balon terisi penuh sejak awal, saat tekanan di luar balon turun, balon akan berusaha mengembang untuk menyamakan tekanan, tetapi malah meletus.

Ahli meteorologi dan ilmuwan menggunakan balon cuaca untuk melakukan pengukuran meteorologi di ketinggian. Para ilmuwan menempelkan instrumen yang disebut radiosonde ke dasar balon berisi helium. Radiosonde—yang mengukur suhu, kelembapan, dan tekanan udara—mengirimkan pengukuran meteorologi ke stasiun bumi melalui pemancar radio.

Saat balon cuaca naik ke ketinggian, di mana tekanan udara berkurang, tekanan helium atau hidrogen di dalam balon meningkat dan mengembang balon. Dengan cara ini balon dan radiosonde dapat naik dengan kecepatan tinggi yang konsisten ke atmosfer. Balon memperbesar ke atas sekitar 1.000 kaki per menit.

Menurut Wendell Bechtold, Peramal Meteorologi untuk Layanan Cuaca Nasional di St. Louis Missouri, balon naik ke ketinggian sekitar 100.000 kaki, cukup untuk melihat tepi bulat biru bumi dari ruang. Dengan ketinggian itu, balon—tergantung ukuran amplop atau bahan balon—diregangkan selebar mobil atau rumah.

Ketika balon tidak bisa lagi meregang ke luar, dan karena itu naik lebih jauh, balon pecah. Gas di dalam keluar dan instrumen radiosonde serta balon yang pecah jatuh kembali ke bumi. Parasut yang terpasang pada instrumen mencegah kerusakan; Namun, balon tidak dapat digunakan lagi.

Sebelum memasang radiosonde ke balon, ahli meteorologi memasukkan tas kecil ke dalam radiosonde. Di dalam tas ada kartu yang memberi tahu siapa pun yang menemukan balon dan instrumen yang jatuh itu apa dan tujuan ilmiahnya. Orang itu harus mengirimkan radiosonde kembali ke pusat rekondisi di mana para ilmuwan membaca data, memperbaiki kerusakan dan menggunakan kembali radiosonde untuk penerbangan masa depan.