เหตุใดบอลลูนอากาศจึงขยายตัวที่ระดับความสูง

ถึงแม้ว่าบอลลูนอากาศจะมีลักษณะเป็นฟองเล็ก ๆ แปลก ๆ ตั้งแต่เริ่มแรก - เหมือนฟองอากาศที่ลอยตัวอ่อน ๆ - เมื่อพวกมัน ถึงระดับความสูงมากกว่า 100,000 ฟุต (30,000 เมตร) ลูกโป่งจะตึง แข็งแรง และบางครั้งก็ใหญ่เท่ากับบ้าน เริ่มต้นด้วยการประดิษฐ์บอลลูนลมร้อนในศตวรรษที่ 18 เที่ยวบินบอลลูนทำให้สามารถบรรทุกสิ่งของที่สูงขึ้นไปบนท้องฟ้าได้

ในปี ค.ศ. 1785 แพทย์ชาวอังกฤษ จอห์น เจฟฟรีส์ ซึ่งมักได้รับเครดิตว่าเป็นคนแรกที่ใช้บอลลูนลมร้อน วัตถุประสงค์ทางวิทยาศาสตร์ - ติดเทอร์โมมิเตอร์ บารอมิเตอร์ และไฮโกรมิเตอร์ (เครื่องมือวัดความชื้นสัมพัทธ์) เข้ากับความร้อน บอลลูนอากาศ บอลลูนสูงถึง 9,000 ฟุต (2,700 ม.) และวัดข้อมูลบรรยากาศ ในปี 2010 บอลลูนตรวจอากาศสมัยใหม่มีความสูงมากกว่า 100,000 ฟุต และใช้ฮีเลียมหรือไฮโดรเจนแทนอากาศร้อนในการขึ้น

ในการเปิดบอลลูนตรวจอากาศ นักอุตุนิยมวิทยาจะเติมฮีเลียมหรือไฮโดรเจนลงในบอลลูน ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่เบาที่สุดและมีปริมาณมากที่สุดในจักรวาล อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์ไม่ได้เติมบอลลูนจนเต็มความจุ: เมื่อบอลลูนเริ่ม ยกขึ้น ปลอกบอลลูน (หรือซอง) ดูฟุ้ง ๆ ไม่ตึงเหมือนบอลลูนเป่าหรือลมร้อน บอลลูน.

นักวิทยาศาสตร์ไม่ได้บรรจุบอลลูนให้เต็มความจุด้วยเหตุผลเชิงกลยุทธ์: เมื่อบอลลูนลอยขึ้นสู่บรรยากาศ ความดันรอบบอลลูนจะลดลง ความดันลดลงเนื่องจากอากาศจะบางลงในบรรยากาศที่สูงขึ้น เมื่อความดันลดลง บอลลูนจะอัดแน่นจนเต็มเพื่อชดเชยการสูญเสียแรงดันภายนอก

โดนัลด์ ยี ปริญญาเอก จากสถาบันปากแม่น้ำซานฟรานซิสโก กล่าวว่า ที่ระดับพื้นดิน ความดันบรรยากาศจะแรงกว่าอากาศในบรรยากาศที่บางกว่ามาก หากบอลลูนถูกเติมจนเต็มตั้งแต่เริ่มต้น เมื่อความดันภายนอกบอลลูนลดลง บอลลูนจะพยายามขยายเพื่อให้แรงดันเท่ากัน แต่จะแตกแทน

นักอุตุนิยมวิทยาและนักวิทยาศาสตร์ใช้บอลลูนตรวจอากาศเพื่อตรวจวัดอุตุนิยมวิทยาในระดับความสูงที่สูง นักวิทยาศาสตร์ติดอุปกรณ์ที่เรียกว่าเรดิโอซอนเดเข้ากับฐานของบอลลูนที่เติมฮีเลียม radiosonde ซึ่งใช้วัดอุณหภูมิ ความชื้น และความกดอากาศ ส่งการวัดอุตุนิยมวิทยาไปยังสถานีภาคพื้นดินผ่านเครื่องส่งสัญญาณวิทยุ

เมื่อบอลลูนตรวจอากาศลอยขึ้นสู่ระดับความสูง ซึ่งความกดอากาศลดลง ความดันฮีเลียมหรือไฮโดรเจนภายในบอลลูนจะเพิ่มขึ้นและขยายบอลลูน วิธีนี้ทำให้บอลลูนและเรดิโอซอนเดสามารถลอยสูงขึ้นไปในชั้นบรรยากาศได้อย่างสม่ำเสมอ ลูกโป่งซูมขึ้นไปประมาณ 1,000 ฟุตต่อนาที

Wendell Bechtold นักพยากรณ์อุตุนิยมวิทยาสำหรับ National Weather Service ใน St. Louis Missouri กล่าว บอลลูนลอยขึ้นสู่ระดับความสูงประมาณ 100,000 ฟุต เพียงพอที่จะเห็นขอบโค้งมนสีน้ำเงินของโลกจาก พื้นที่ ด้วยความสูงนั้น บอลลูน—ขึ้นอยู่กับขนาดของซองจดหมายหรือวัสดุที่ใช้ทำลูกโป่ง—ยืดออกให้กว้างเท่ากับรถยนต์หรือบ้าน

เมื่อบอลลูนไม่สามารถยืดออกได้อีกต่อไป ดังนั้น บอลลูนจึงแตกออก ก๊าซภายในหนีออกมาและเครื่องมือวิทยุและบอลลูนที่ถูกจับตกลงสู่พื้นโลก ร่มชูชีพที่ติดอยู่กับอุปกรณ์ป้องกันความเสียหาย อย่างไรก็ตามไม่สามารถใช้บอลลูนได้อีก

ก่อนที่จะติด radiosonde กับบอลลูน นักอุตุนิยมวิทยาจะใส่ถุงเล็กๆ เข้าไปใน radiosonde ภายในกระเป๋ามีการ์ดบอกใครก็ตามที่พบบอลลูนที่ตกลงมาและเครื่องดนตรีว่ามันคืออะไรและมีวัตถุประสงค์ทางวิทยาศาสตร์อย่างไร บุคคลนั้นควรส่งเครื่องวิทยุรับวิทยุกลับไปที่ศูนย์ปรับสภาพซึ่งนักวิทยาศาสตร์จะอ่านข้อมูล ซ่อมแซมความเสียหายใดๆ และนำเครื่องรับวิทยุกลับมาใช้ใหม่สำหรับเที่ยวบินในอนาคต