Waarom breiden weerballonnen uit op grote hoogte?

Ook al zien weerballonnen er vanaf het begin slap, klein en vreemd uit - als zwakke zwevende bubbels - wanneer ze hoogten bereiken van meer dan 100.000 voet (30.000 meter) de ballonnen zijn strak, sterk en soms zo groot als een huis. Beginnend met de uitvinding van de heteluchtballon in de 18e eeuw, hebben ballonvluchten het mogelijk gemaakt om objecten hoog in de lucht te vervoeren.

In 1785 schreef de Engelse arts John Jeffries - die vaak de eer krijgt als eerste persoon die heteluchtballonnen gebruikte voor wetenschappelijke doeleinden - een thermometer, barometer en hygrometer (een instrument dat de relatieve vochtigheid meet) bevestigd aan een hete luchtballon. De ballon bereikte een stijgende hoogte van 9.000 ft (2.700 m) en gemeten atmosferische gegevens. Vanaf 2010 bereiken moderne weerballonnen een hoogte van meer dan 100.000 voet en gebruiken ze helium of waterstof in plaats van hete lucht om op te stijgen.

Om een ​​weerballon te lanceren, vullen meteorologen de ballon met helium of waterstof, de lichtste en meest voorkomende elementen in het universum. De wetenschappers vullen de ballon echter niet helemaal tot aan de capaciteit: wanneer de ballon begint te… stijgen, ziet het ballonomhulsel (of de envelop) er slap uit, niet strak zoals een opgeblazen ballon of hete lucht ballon.

Wetenschappers vullen de ballon om strategische redenen niet tot de capaciteit: naarmate een ballon in de atmosfeer stijgt, neemt de druk rond de ballon af. De druk neemt af omdat lucht dunner wordt in een hogere atmosfeer. Naarmate de druk afneemt, vult een ballon strak, tot zijn volledige capaciteit, om het verlies aan druk van buitenaf te compenseren.

Volgens Donald Yee, Ph.D. van het San Francisco Estuary Institute, is de atmosferische druk op grondniveau veel sterker dan hoog in de dunnere atmosfeer. Als de ballon vanaf het begin volledig gevuld zou zijn en de druk buiten de ballon zou dalen, zou de ballon proberen uit te zetten om de druk gelijk te maken, maar in plaats daarvan zou hij knappen.

Meteorologen en wetenschappers gebruiken weerballonnen om meteorologische metingen op grote hoogte te doen. Wetenschappers bevestigen een instrument genaamd een radiosonde aan de basis van de met helium gevulde ballon. De radiosonde - die temperatuur, vochtigheid en luchtdruk meet - verzendt meteorologische metingen naar grondstations via radiozenders.

Als een weerballon naar grote hoogten stijgt, waar de luchtdruk afneemt, neemt de helium- of waterstofdruk in de ballon toe en zet de ballon uit. Op deze manier kunnen de ballon en de radiosonde in een constant tempo hoog in de atmosfeer stijgen. Ballonnen zoomen omhoog met ongeveer 1.000 voet per minuut.

Volgens Wendell Bechtold, meteoroloog voorspeller van de National Weather Service in St. Louis, Missouri, de ballon stijgt op tot een hoogte van ongeveer 100.000 voet, genoeg om de blauwe ronde rand van de aarde te zien vanaf ruimte. Op die hoogte wordt de ballon - afhankelijk van de grootte van de envelop of het ballonmateriaal - zo breed uitgerekt als een auto of huis.

Wanneer de ballon niet meer naar buiten kan strekken, en dus verder omhoog komt, scheurt de ballon. Het gas binnenin ontsnapt en het radiosonde-instrument en de kapotte ballon vallen terug op aarde. Een aan het instrument bevestigde parachute voorkomt schade; de ballon kan echter niet opnieuw worden gebruikt.

Voordat de radiosonde aan een ballon wordt bevestigd, steken meteorologen een zakje in de radiosonde. In de zak zit een kaart die vertelt wie de gevallen ballon en het instrument vindt wat het is en wat het wetenschappelijke doel is. Die persoon moet de radiosonde terugsturen naar een reconditioneringscentrum waar wetenschappers de gegevens lezen, eventuele schade repareren en de radiosonde opnieuw gebruiken voor een toekomstige vlucht.