Hvorfor ekspanderer værballonger i høye høyder?

Selv om værballonger ser ut som floppete, små og rare fra begynnelsen - som svake flytende bobler - når de når høyder på over 100.000 fot (30.000 meter) er ballongene stramme, sterke og noen ganger like store som et hus. Fra og med oppfinnelsen av varmluftsballongen på 1700-tallet har ballongflyvninger gjort det mulig å bære gjenstander høyt opp i himmelen.

I 1785 mottok den engelske legen John Jeffries - som ofte får kreditt som den første personen som brukte luftballonger til vitenskapelige formål - festet et termometer, barometer og hygrometer (et instrument som måler relativ fuktighet) til et varmt luft ballong. Ballongen nådde en skyhøyde på 2700 meter og målte atmosfæriske data. Fra og med 2010 når moderne værballonger høyder på over 100.000 fot og bruker helium eller hydrogen i stedet for varm luft for å stige.

For å starte en værballong fyller meteorologer ballongen med enten helium eller hydrogen, de letteste og mest utbredte elementene i universet. Forskerne fyller imidlertid ikke ballongen helt til kapasitet: når ballongen begynner å stige, ballonghylsen (eller konvolutten) ser floppy ut, ikke stram som en blåst opp ballong eller varm luft ballong.

Forskere fyller ikke ballongen til kapasitet av strategiske årsaker: når en ballong stiger opp i atmosfæren, reduseres trykket rundt ballongen. Trykket synker fordi luft blir tynnere i høyere atmosfære. Når trykket synker, fylles en ballong tett, til full kapasitet, for å kompensere for tapet av utvendig trykk.

I følge Donald Yee, Ph. D fra San Francisco Estuary Institute, er atmosfærisk trykk på bakkenivå mye sterkere enn det er høyt oppe i den tynnere atmosfæren. Hvis ballongen var helt fylt fra starten, da trykket utenfor ballongen falt, ville ballongen forsøke å utvide seg for å utjevne trykket, men i stedet ville det dukke opp.

Meteorologer og forskere bruker værballonger for å gjøre meteorologiske målinger i høye høyder. Forskere fester et instrument kalt en radiosonde til bunnen av den heliumfylte ballongen. Radiosonde - som måler temperatur, fuktighet og lufttrykk - overfører meteorologiske målinger til bakkestasjoner gjennom radiosendere.

Når en værballong stiger til store høyder, hvor lufttrykket synker, øker helium- eller hydrogentrykket inne i ballongen og utvider ballongen. På denne måten kan ballongen og radiosonde stige i et jevnt tempo høyt opp i atmosfæren. Ballonger zoomer oppover på rundt 1000 fot per minutt.

I følge Wendell Bechtold, meteorologprognose for National Weather Service i St. Louis Missouri, ballongen stiger til en høyde på rundt 100.000 fot, nok til å se jordens blå avrundede kant fra rom. I den høyden strekkes ballongen - avhengig av størrelsen på konvolutten eller ballongmaterialet - like bred som en bil eller et hus.

Når ballongen ikke lenger kan strekke seg utover, og derfor heve seg lenger, brister ballongen. Gassen inni slipper ut og radiosondeinstrumentet og den sprengte ballongen faller ned på jorden. En fallskjerm festet til instrumentet forhindrer skade; ballongen kan imidlertid ikke brukes igjen.

Før du fester radiosonde til en ballong, setter meteorologene inn en liten pose inne i radiosonden. Inne i posen er det et kort som forteller hvem som finner den fallne ballongen og instrumentet hva det er og dets vitenskapelige formål. Den personen skulle sende radiosonde tilbake til et rekonditioneringssenter hvor forskere leser dataene, reparerer eventuelle skader og bruker radiosonde på nytt for en fremtidig flytur.