Varför expanderar väderballonger i höga höjder?

Även om väderballonger ser ut som floppiga, små och konstiga från början - som svaga flytande bubblor - när de når höjder på över 100 000 fot (30 000 meter) är ballongerna spända, starka och ibland lika stora som ett hus. Från och med uppfinningen av luftballongen på 1700-talet har ballongflygningar gjort det möjligt att bära föremål högt upp i himlen.

År 1785 fick den engelska läkaren John Jeffries - som ofta får kredit som den första personen som använde luftballonger för vetenskapliga ändamål - fäst en termometer, barometer och hygrometer (ett instrument som mäter relativ fuktighet) till en varm luftballong. Ballongen nådde en skyhöjd på 2700 m (9000 ft) och mätt atmosfärsdata. Från och med 2010 når moderna väderballonger höjder på över 100.000 fot och använder helium eller väte istället för varm luft för att stiga.

För att starta en väderballong fyller meteorologer ballongen med antingen helium eller väte, de lättaste och mest rikliga elementen i universum. Men forskarna fyller inte ballongen hela vägen till kapacitet: när ballongen börjar stiga, ballonghöljet (eller kuvertet) ser floppigt ut, inte stramt som en sprängd ballong eller varm luft ballong.

Forskare fyller inte ballongen till kapacitet av strategiska skäl: när en ballong stiger upp i atmosfären minskar trycket runt ballongen. Trycket minskar eftersom luften blir tunnare i högre atmosfär. När trycket minskar fylls en ballong tätt, till sin fulla kapacitet, för att kompensera för förlusten av yttre tryck.

Enligt Donald Yee, Ph. D från San Francisco Estuary Institute, är atmosfärstrycket vid marknivå mycket starkare än det är högt uppe i den tunnare atmosfären. Om ballongen var helt fylld från början, när trycket utanför ballongen sjönk, skulle ballongen försöka expandera för att utjämna trycket, men istället skulle det dyka upp.

Meteorologer och forskare använder väderballonger för att göra meteorologiska mätningar i höga höjder. Forskare fäster ett instrument som kallas en radiosonde till basen på den heliumfyllda ballongen. Radiosonden - som mäter temperatur, fuktighet och lufttryck - överför meteorologiska mätningar till markstationer via radiosändare.

När en väderballong stiger i höga höjder, där lufttrycket minskar, ökar helium- eller vätetrycket inuti ballongen och expanderar ballongen. På så sätt kan ballongen och radiosonden stiga i en jämn takt högt upp i atmosfären. Ballonger zoomar uppåt på cirka 1000 fot per minut.

Enligt Wendell Bechtold, meteorologprognos för National Weather Service i St. Louis Missouri, ballongen stiger upp till en höjd av cirka 100.000 fot, tillräckligt för att se jordens blå rundade kant från Plats. I den höjden sträcker sig ballongen - beroende på kuvertets eller ballongmaterialets storlek - lika bred som en bil eller ett hus.

När ballongen inte längre kan sträcka sig utåt och därmed stiga längre, brister ballongen. Gasen inuti rymmer och radiosondeinstrumentet och den trasiga ballongen faller tillbaka ner på jorden. En fallskärm fäst vid instrumentet förhindrar skador; ballongen kan dock inte användas igen.

Innan radiosonden fästs på en ballong sätter meteorologer in en liten påse inuti radiosonden. Inuti påsen finns ett kort som berättar för den som hittar den fallna ballongen och instrumentet vad det är och dess vetenskapliga syfte. Den personen ska skicka radiosonden tillbaka till ett rekonditioneringscenter där forskare läser informationen, reparerar eventuella skador och återanvänder radiosonden för en framtida flygning.