Vid en isolerad väderstation i centrala USA dyker en tekniker ut från ett litet tegelskjul och greppar en väderballong . Det är inte vilken födelsedagsballong som helst, utan en massiv, vit sfär som är mer än 1,5 meter i diameter. Fylld med mer än 300 kubikfot (8,5 kubikmeter) heliumgas, rycker den enorma ballongen mot forskarens hand med en kraft på cirka fyra pund.
Å andra sidan greppar forskaren en radiosonde, en lätt kartong fylld med vetenskapliga instrument som är bunden till botten av ballongen. Han går ut i en tom glänta och släpper försiktigt ballongen och radiosonden.
När ballongen susar bort från jorden arbetar radiosonden redan hårt och skickar atmosfärisk information tillbaka till datacenter.
Efter en timme har ballongen stigit till nästan 100 000 fot (30 480 meter). Detta är stratosfären, det näst sista atmosfäriska lagret före yttre rymden. Nedanför är jordens särdrag skymd av ett tjockt lager av moln. Ovanför har den blå himlen bleknat till mörksvart. Det är en vacker syn, en som bara ses av en handfull astronauter och testpiloter.
För ballongen kommer dessa hisnande vyer att vara dess sista ögonblick. När väderballongen klättrar högre expanderar den. Den kan ha börjat blygsamt, men nu, nästan 29 kilometer hög, har ballongen svällt till storleken av en lastbil i rörelse.
Sträckt till dess gränser spricker ballongens tunna syntetiska gummi och skickar den lilla radiosonden nedåt mot jorden. Inom några sekunder fångar vinden en liten, orange fallskärm och saktar ner enhetens nedstigning. Timmar senare – och hundratals mil från där den först lyfte – nuddar väderballongen marken.
Varje dag gör hundratals av dessa ballonger runt om i världen denna dramatiska resa nära rymden. Mer än 70 år efter att forskare skickade upp den första experimentella väderballongen förblir de arbetshästarna för moderna meteorologiska prognoser. Oavsett om det är en tornadovarning eller väderrapporten på nyheterna klockan 6, är väderballonger det som håller människor på marken inställda på de meteorologiska funktionerna i den övre atmosfären.
Vilken typ av information samlar en väderballong in och hur åstadkommer den denna bedrift? Läs vidare för att ta reda på det.
Innehåll
1785 lyfte den franske ballongfararen Jean-Pierre Blanchard från Paris på en rekordstor resa över Engelska kanalen. Med på åkturen var John Jeffries, en amerikansk läkare känd för att syssla med väderobservationer. I himlen ovanför norra Europa hoppades Jeffries kunna registrera några av de första mätningarna någonsin av den övre atmosfären. När ballongen var farligt nära att krascha in i Engelska kanalen, tvingades Jeffries dock kasta sin utrustning överbord för att lätta på lasten.
Idag gör väderballonger det mesta av jobbet åt oss och låter experterna stanna säkert på marken. Bara i USA skjuts väderballonger upp två gånger om dagen från 92 väderstationer. Detta ger totalt 67 160 ballonger per år. Över hela världen är mer än 900 väderstationer beroende av dagliga väderballongsuppskjutningar.
Det är nästan omöjligt att förutsäga vädret utan att känna till förhållandena i den övre atmosfären. Det kan vara soligt och tyst vid havsnivån, men vid 18 000 fot (5 486 meter) kan ett svagt stormsystem snart förvandlas till något farligare. Genom att skicka upp vanliga skvadroner med ballonger för att mäta förhållandena i den övre atmosfären, kan meteorologer hålla koll på bryggande stormar.
För ett sekel sedan kunde forskare bara förutsäga vädret från mätningar som gjordes på marken. Med en så begränsad datamängd är det bästa meteorologerna kan göra att förutsäga vädret några timmar in i framtiden. Men med väderballonger kan forskare rita ut väderförhållanden flera dagar i förväg.
Denna information håller inte bara joggare borta från regnet - den räddar liv. Väderdata på hög höjd är avgörande för att förutsäga kommande naturkatastrofer som tornados, åskväder eller översvämningar. Tack vare väderballonger kan tjänstemän klämma in förnödenheter och räddningspersonal till ett drabbat område timmar innan en väderkatastrof inträffar.
Precis som modellraketer och fjärrstyrda flygplan har även väderballonger kommit in på hobbymarknaden. År 2009 använde forskarna Oliver Yeh och Justin Lee från Massachusetts Institute of Technology en väderballong, en kylare, en mobiltelefon och en digitalkamera för att ta ett fotografi på hög höjd av jorden för mindre än 150 USD.
Snart höll andra hobbyister på att klappa ihop sina egna nära rymdkameror. Naturligtvis varnar Yeh och Lee för att det kan vara farligt att lansera saker i stratosfären [källa:Project Icarus]. Om den inte är utrustad med ordentliga fallskärmar kan en amatörväderballong bli en dödlig projektil om den faller i ett stadsområde. Ballongerna kan också provocera fram en katastrof genom att sugas in i jetmotorerna på ett passerande flygplan. Om du börjar bygga ditt eget vetenskapsprojekt på hög höjd, se till att du följer alla lämpliga försiktighetsåtgärder.
Specialdesignade höghöjdsballonger används också ofta av NASA för att utföra experiment i närheten av rymden. Under en meteorregn kan en ballong på hög höjd samla kosmiskt damm som släpps ut av de passerande rymdstenarna. "Smarta" ballonger i storleken av badbollar har lanserats 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 ska titta närmare på komponenterna i en väderballong på nästa sida.
BallongfärdVarför låta radiosonder ha allt det roliga? I juli 1982 band lastbilschauffören Larry Walters 42 väderballonger till en gräsmatta med målet att flyga ut ur Los Angeles, följa vindströmmarna över öknen och komma till vila i Klippiga bergen. Ballongerna hade dock mer lyftkraft än vad Walters hade räknat med, och inom några minuter hade hans flygande gräsmattastol skjutit upp till kyliga 16 000 fot (4 879 meter). Tack och lov hade Walters en luftpistol ombord, och han kunde skjuta ut några av ballongerna och sänkte sig säkert ner i en bakgård i Long Beach, Kalifornien.
Ibland vaknar en amerikansk husägare för att hitta en förbrukad väderballong på hans eller hennes bakgård. Det är en märklig syn:trasiga remsor av neopren, trassliga snören, en skrynklig ränna och en liten kartong. Det är ingen överraskning att väderballonger ofta misstas för utomjordiska rymdfarkoster.
Kärnkomponenten i hela aggregatet är radiosonden, en kartong i skokartong packad med tre grundläggande atmosfäriska instrument:
Radiosonden har också en lågeffekts radiosändare för att förmedla data från alla tre instrumenten tillbaka till mottagare på marken. Ett litet batteri ger ström till radiosonden.
Fördelen med en radiosonde 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 från den övre atmosfären, måste specialister vänta tills flygplanet landade eller draken rullades in innan de kunde börja göra väderberäkningar.
Håller hela aggregatet högt är en stor ballong gjord av neopren, ett syntetiskt gummi. Ballongerna fylls antingen med helium eller väte beroende på den individuella uppskjutningsstationens preferenser. Vätgas är billigare, har bättre lyftkapacitet och kan enkelt utvinnas ur vatten. Men väte är också mycket brandfarligt -- ett faktum som har fått många explosionsskygga väderstationer att använda helium istället.
Sammantaget kostar en komplett väderballongmontering cirka några hundra dollar. En höghöjdsraket kan å andra sidan kosta flera hundra tusen dollar för bara en enda flygning. Även en flygning på hög höjd kan kosta upp tusentals dollar per timme. Det relativa billiga med väderballonger är det som har hållit dem den bästa enheten för att registrera väderdata i mer än sex decennier.
NärkontaktMed så många tusentals väderballonger som trängs över himlen är det oundvikligt att vissa misstas för främmande rymdfarkoster. Det mest uppmärksammade fallet var i juli 1947, när militära tjänstemän i Roswell, N.M., chockade världen med rapporter om att de hade återfunnit resterna av en "flygande skiva". Senare visade dock regeringsrapporter att skräpet kom från en topphemlig experimentballong som användes för att övervaka sovjetiska kärnvapenprov.
I ett isolerat fält mitt i Australien blåste NASA-tjänstemän långsamt upp en massiv heliumballong som skulle bära ett 2 miljoner dollar gammastrålningsteleskop in i den övre atmosfären. Platsen var perfekt för en ballonguppskjutning:platt, torr och klar. Innan ballongen var helt uppblåst, fångade dock en plötslig vindpust ballongen och skickade den susande över landsbygden. Besättningsmedlemmar sprang för sina liv när teleskopet krossade en närliggande SUV och slet sig igenom ett staket innan det skrynklades ihop i en hög mer än 150 meter bort.
Av de många saker som kan gå fel under en ballonguppskjutning är att lämna ett spår av förstörelse uppenbarligen en av de värsta. De flesta väderballonger skjuts däremot upp utan problem. I USA har väderstationer vanligtvis ett skjul på plats byggt speciellt för ballonguppblåsning. För att förbereda en ballong för uppskjutning kommer en tekniker först att fästa ballongen vid ett munstycke och börja fylla den med helium eller väte. När den fylls testar han radiosondens batteri, ställer in radioutrustningen och fäster hela enheten tillsammans med en längd nylonsladd.
När ballongen har blåsts upp till ungefär storleken av en yogaboll, binder teknikern av den och leder ut den. När han går ballongen en kort bit bort från träd, kraftledningar och andra hinder, ger han den helt enkelt en lätt knuff uppåt.
Så fort ballongen börjar sväva börjar radiosonden att fungera och skickar data till väderdatorer på marken. I realtid plottar dessa datorer data till tredimensionella vädermodeller och skickar dem till väderstationer över hela landet. Marktekniker spårar samtidigt den stigande ballongen med radarutrustning. Genom att notera den uppåtgående ballongens rörelse i sidled kan de beräkna vindhastighet och vindriktning på olika höjder.
Det finns en anledning till att väderballonger inte bara flyter ut i rymden. När ballongen rör sig längre bort från jorden blir det mindre luft att trycka mot utsidan av ballongen. Med mindre lufttryck att tygla den, expanderar gasen inuti ballongen när dess höjd stiger. Ballongen kan dock bara expandera så mycket, och den spricker vanligtvis på höjder över 15 miles (24,1 kilometer) - ungefär tre gånger högre än Mount Everest.
Om radiosonden helt enkelt fick sjunka till jorden, kunde den orsaka dödlig förödelse på mänskliga bosättningar nedanför. Det är därför varje väderballong har en liten fallskärm kopplad till sladden som förbinder radiosonden med ballongen. När ballongen stiger förblir fallskärmen hopfälld av det nedåtgående luftflödet. När församlingen börjar sjunka, blåses dock fallskärmen upp, vilket saktar ner ballongen till hanterbara 22 miles per timme (9,8 meter per sekund).
Mycket av tiden blir väderballonger helt enkelt skräp efter en resa i nära rymden. Om ballonger fångar en särskilt stark vindpust, kan de resa flera hundra mil - och landa var som helst från en sumpig mosse till de snöiga topparna i Klippiga bergen. Att skicka helikoptrar för att plocka upp nästan 200 väderballonger som skjuts upp i USA varje dag är helt enkelt inte i budgeten.
Men inuti varje radiosonde finns ett stort portobetalt kuvert. Om du någonsin stöter på en gammal väderballong, placera den helt enkelt i kuvertet och stoppa in den i en brevlåda, och dagar senare kommer den att returneras till National Weather Service för att flyga igen.
Killer ballongerUnder andra världskrigets avtagande dagar spände den japanska militären fast bomber på botten av väderballonger och skickade dem flytande mot Kanada och USA. Japanerna trodde att ballongerna skulle starta en våg av skogsbränder och dödliga explosioner, vilket bromsade den amerikanska framryckningen över Stilla havet. Japansk propaganda rapporterade att ballongerna hade dödat 10 000 amerikaner, men i verkligheten var den enda kaos som orsakades sex personers död.
