Väderballonger samlar viktig information från atmosfären. Justin Bane/USA Navy/Getty Images Vid en isolerad väderstation i centrala USA, en tekniker dyker upp från en liten tegelbod som tar tag i en ballong. Det är inte vilken födelsedagsfestballong som helst, märk väl, men en massiv, vit sfär mer än 1,5 meter i diameter. Fyllt med mer än 8,5 kubikmeter heliumgas, den enorma ballongen drar mot forskarens hand med en kraft på cirka fyra kilo. Å andra sidan, forskaren tar tag i en radiosonde, en lätt kartong fylld med vetenskapliga instrument som är bundna till ballongens botten. Går ut i en tom glänta, han släpper försiktigt ballongen och radiosonden.
När ballongen springer bort från jorden, radiosonden jobbar redan hårt, strålande atmosfärisk information tillbaka till datacenter.
Efter en timme, ballongen har stigit till nästan 100, 000 fot (30, 480 meter). Detta är stratosfären, det näst sista atmosfäriska skiktet före yttre rymden. Nedan, jordens drag döljs av ett tjockt molnlager. Ovan, den blå himlen har bleknat till mörkt svart. Det är en vacker syn, en bara sett av en handfull astronauter och testpiloter.
För ballongen, dessa hisnande vyer blir de sista stunderna. Under hela uppstigningen, ballongen har expanderat. Det kan ha börjat blygsamt, men nu, nästan 29 kilometer hög, ballongen har svällt upp till storleken på en lastbil i rörelse. Sträckt till sin gräns, ballongens tunna syntetiska gummi spricker och skickar den lilla radiosonden som rasar tillbaka mot jorden. Inom sekunder, vinden fångar en liten, orange fallskärm och bromsar enhetens nedstigning. Timmar senare - och hundratals mil från där den först lyfte - väderballongen vidrör marken.
Varje dag, hundratals väderballonger runt om i världen gör detta dramatiska, resa nära rymden. Mer än 70 år efter att forskare skickade upp den första experimentella väderballongen, de förblir arbetshästarna i moderna meteorologiska prognoser. Oavsett om det är en tornado -varning eller väderrapporten på klockan 6, väderballonger är det som håller människor på marken inställda på den meteorologiska funktionen i den övre atmosfären.
Vilken typ av information samlar en väderballong in, och hur uppnår den denna bedrift? Läs vidare för att ta reda på det.
Innehåll
År 1785, Den franska ballongföraren Jean-Pierre Blanchard lyfte från Paris på en rekordstor resa över Engelska kanalen. Med på resan var John Jeffries, en amerikansk läkare känd för att syssla med väderobservation. På himlen ovanför Nordeuropa, Jeffries hoppades kunna spela in några av de första mätningarna någonsin av den övre atmosfären. När ballongen kom farligt nära att krascha in i Engelska kanalen, dock, Jeffries tvingades kasta sin utrustning överbord för att lätta på lasten.
I dag, väderballonger gör det mesta för oss, låta experterna vistas säkert på marken. Bara i USA, väderballonger skjuts upp två gånger om dagen från 92 väderstationer. Detta blir totalt 67, 160 ballonger per år. Över hela världen, mer än 900 väderstationer förlitar sig på dagliga väderballonglanseringar.
Det är nästan omöjligt att förutsäga vädret utan att känna till förhållandena i den övre atmosfären. Det kan vara soligt och tyst vid havsnivå, men vid 18, 000 fot (5, 486 meter), ett svagt stormsystem kan snart förvandlas till något farligare. Genom att skicka upp vanliga ballonger för att mäta förhållandena i den övre atmosfären, meteorologer kan hålla koll på bryggstormar.
För ett sekel sedan, forskare kunde bara förutsäga vädret från mätningar som gjorts på marken. Med en så begränsad datamängd, det bästa meteorologerna kan göra är att förutsäga vädret några timmar in i framtiden. Med väderballonger, fastän, forskare kan rita ut väderförhållandena i dagar i förväg.
Denna information håller inte bara joggare utanför regnet - det räddar liv. Väderdata på hög höjd är avgörande för att förutsäga kommande naturkatastrofer som tornado, åskväder eller översvämningar. Tack vare väderballonger, tjänstemän kan kryptera leveranser och räddningspersonal till ett drabbat område timmar innan en väderkatastrof drabbar.
Som modellraketer och fjärrstyrda flygplan, väderballonger har också kommit in på hobbymarknaden. År 2009, Massachusetts Institute of Technology forskare Oliver Yeh och Justin Lee använde en väderballong, en svalare, en mobiltelefon och en digitalkamera för att ta ett höghöjdsfotografi av jorden för mindre än $ 150.
Snart, andra hobbyister samlade ihop sina egna nära rymdkameror. Självklart, Yeh och Lee varnar för att det kan vara farligt att lansera saker i stratosfären [källa:Project Icarus]. Om den inte är utrustad med korrekta fallskärmar, en amatörväderballong kan bli en dödlig projektil om den faller i ett stadsområde. Ballongerna kan också framkalla en katastrof genom att sugas in i jetmotorerna i ett passande flygplan. Om du börjar bygga ditt eget vetenskapsprojekt på hög höjd, se till att du följer alla riktiga försiktighetsåtgärder.
Specialdesignade ballonger på hög höjd används också ofta av NASA för att utföra nära rymden experiment. Under en meteorregn, en ballong på hög höjd kan samla kosmiskt damm som släpps ut från rymdstenarna. Beachball-storlek "smarta" ballonger har sjösatts för att hålla koll på väderförhållandena runt NASA-anläggningar före en raketuppskjutning [källa:Mullins]. NASA har till och med lekt med att skicka ballonger på hög höjd för att undersöka atmosfären runt Mars.
Vi kommer att titta närmare på komponenterna i en väderballong på nästa sida.
BallongresaVarför låta radiosondes ha det roligt? I juli 1982, lastbilschauffören Larry Walters band 42 väderballonger till en gräsmatta med målet att flyga från Los Angeles, efter vindströmmarna över öknen, och kommer att vila säkert i Rocky Mountains. Ballongerna hade mer lyftkraft än vad Walters tänkt sig, dock, och inom några minuter, hans flygande gräsmatta hade skjutit upp till kyliga 16, 000 fot (4, 879 meter). Tack och lov, Walters hade en luftpistol ombord, och han kunde skjuta ut några av ballongerna, sjunker säkert in på en bakgård i Long Beach, Calif.
Ibland, en amerikansk husägare vaknar för att hitta en förbrukad väderballong i hans eller hennes bakgård. Det är en märklig syn:slitna remsor av neopren, trassliga sladdar, en skrynklig fallskärm och en liten kartong. Det är ingen överraskning att väderballonger ofta misstas för utomjordiska rymdfarkoster.
Kärnkomponenten i hela enheten är radiosonde , en kartonglåda i skokartong med tre grundläggande atmosfäriska instrument:
Radiosonden har också en lågdriven radiosändare för att vidarebefordra data från alla tre instrumenten tillbaka till mottagare på marken. Ett litet batteri ger ström till radiosonden.
Fördelen med en radiosond är att forskare inte behöver hämta enheten för att få väderdata. På 1920- och 30 -talen, när meteorologer använde drakar eller flygplan för att mäta väderdata i övre atmosfären, specialister skulle behöva vänta tills flygplanet rörde sig eller draken rullades in innan de kunde börja göra väderberäkningar.
Att hålla hela monteringen högt är en stor ballong gjord av neopren , ett syntetiskt gummi. Ballongerna fylls antingen med helium eller väte beroende på preferenser för den enskilda startstationen. Väte är billigare, har bättre lyftkapacitet, och kan enkelt extraheras från vatten. Dock, väte är också mycket brandfarligt-ett faktum som har fått många explosionsskygga väderstationer att istället anta helium.
Sammanlagt, en komplett väderballongmontering kostar cirka några hundra dollar. En raket på hög höjd, å andra sidan, kan kosta flera hundra tusen dollar för bara en enda flygning. Även en flygning på hög höjd kan kosta upp tusentals dollar per timme. Den relativa billigheten hos väderballonger är det som har hållit dem till enheten för registrering av väderdata i mer än sex decennier.
NärkontaktMed så många tusentals väderballonger trängs himlen, det är oundvikligt att vissa misstas för främmande rymdfarkoster. Det mest uppmärksammade fallet var i juli 1947, när militära tjänstemän i Roswell, N.M., bedövade världen med rapporter om att de hade återfått resterna av en "flygande skiva". Senare, dock, regeringens rapporter visade att skräpet var från en hemlig experimentell ballong som användes för att övervaka sovjetiska kärnvapenprov.
I ett isolerat fält mitt i Australien, NASA:s tjänstemän blåste långsamt upp en massiv heliumballong som skulle bära ett gammastrålteleskop på 2 miljoner dollar till den övre atmosfären. Platsen var perfekt för en ballonglansering:platt, torr och klar. Innan ballongen var helt uppblåst, dock, en plötslig vindstöt fångade ballongen och skickade den tappande över landsbygden. Besättningsmedlemmar sprang för sina liv när teleskopet krossade in i en närliggande SUV och slet igenom ett staket innan de kröp ihop i en hög mer än 150 meter bort.
Av de många saker som kan gå fel under en ballonglansering, att lämna ett spår av förstörelse är uppenbarligen en av de värsta. De flesta väderballonger, å andra sidan, lanseras utan problem. I USA, väderstationer kommer vanligtvis att ha ett skjul på plats byggt speciellt för ballonguppblåsning. För att förbereda en ballong för lansering, en tekniker kommer först att fästa ballongen i ett munstycke och börja fylla den med helium eller väte. När det fylls, han testar radiosondens batteri, ställer in radioutrustningen och fäster hela enheten tillsammans med en längd av nylonsladd.
När ballongen har blåst upp till ungefär en yogabolls storlek, tekniken knyter av den och använder den utanför. Gå ballongen en kort bit bort från träd, kraftledningar och andra hinder, han kommer helt enkelt att ge den ett försiktigt tryck uppåt.
Så snart ballongen börjar flyta, radiosonden börjar jobba, strålande data till väderdatorer på marken. I realtid, dessa datorer plottar in data i tredimensionella vädermodeller och skickar dem till väderstationer över hela landet. Marktekniker, under tiden, spåra den stigande ballongen med radarutrustning. Genom att notera den stigande ballongens rörelse i sidled, de kan beräkna vindhastighet och riktning på olika höjder.
Det finns en anledning att väderballonger inte bara flyter ut i rymden. När ballongen rör sig längre bort från jorden, det finns mindre luft att trycka mot ballongens utsida. Med mindre lufttryck för att tygla in det, gasen inuti ballongen expanderar när dess höjd stiger. Ballongen kan bara expandera så mycket, dock, och det kommer vanligtvis att sprängas på höjder över 24,1 kilometer - ungefär tre gånger högre än Mount Everest.
Om radiosonden helt enkelt fick sjunka till jorden, det kan orsaka dödlig förödelse på mänskliga bosättningar nedan. Det är därför som varje väderballong har en liten fallskärm ansluten till sladden som förenar radiosonden med ballongen. När ballongen stiger, fallskärmen förblir hopfälld av luftens nedåtgående rusning. När församlingen börjar sjunka, dock, fallskärmen blåses upp, sänka ballongen till en hanterbar 22 miles per timme (9,8 meter per sekund).
Mycket av tiden, väderballonger blir helt enkelt skräp efter en resa till nära rymden. Om ballonger fångar ett särskilt starkt vindstöt, de kan färdas flera hundra mil - röra sig ner var som helst från en myrig myr till de snöiga topparna i Rocky Mountains. Att skicka helikoptrar för att hämta nästan 200 väderballonger som lanseras i USA varje dag finns helt enkelt inte i budgeten.
Dock, inuti varje radiosonde finns ett stort porto-betalt kuvert. Om du någonsin stöter på en gammal väderballong, helt enkelt placera det inuti kuvertet och lägga det i en brevlåda, och dagar senare skickas det tillbaka till National Weather Service för att flyga igen.
Killer BalloonsUnder andra världskrigets avtagande dagar, den japanska militären spände bomber till botten av väderballonger och skickade dem flytande mot Kanada och USA. Japanerna tänkte att ballongerna skulle sätta igång en våg av skogsbränder och dödliga explosioner, bromsar det amerikanska framsteget över Stilla havet. Japansk propaganda rapporterade att ballongerna hade dödat 10, 000 amerikaner, men i verkligheten, den enda kaos som orsakades var sex människors död.
