Sådan fungerer vejrballoner

På en isoleret vejrstation i det centrale USA, en tekniker dukker op fra et lille muret skur, der griber en ballon. Det er ikke bare en fødselsdagsfestballon, husk dig, men en massiv, hvid kugle mere end 1,5 meter i diameter. Fyldt med mere end 8,5 kubikmeter heliumgas, den enorme ballon trækker mod videnskabsmandens hånd med en kraft på omkring fire pund. I den anden hånd, videnskabsmanden griber en radiosonde, en let papkasse fyldt med videnskabelige instrumenter, der er bundet til bunden af ​​ballonen. Strækker ud i en tom lysning, han slipper forsigtigt ballonen og radiosonde.

Da ballonen suser væk fra Jorden, radiosonde er allerede hårdt på arbejde, strålende atmosfærisk information tilbage til datacentre.

Efter en time, ballonen er steget til næsten 100, 000 fod (30, 480 meter). Dette er stratosfæren, det næstsidste atmosfæriske lag før det ydre rum. Under, Jordens træk er tilsløret af et tykt lag af sky. Over, den blå himmel er falmet til mørk sort. Det er et smukt syn, en kun set af en håndfuld astronauter og testpiloter.

Til ballonen, disse betagende udsigter bliver de sidste øjeblikke. Hele sin opstigning, ballonen har ekspanderet. Det kan have startet beskedent, men nu, næsten 29 kilometer høj, ballonen har svulmet op til størrelsen af ​​en lastbil i bevægelse. Strakt til det yderste, ballonens tynde syntetiske gummi brister og sender den lille radiosonde styrtende tilbage mod Jorden. Inden for få sekunder, vinden fanger en lille, orange faldskærm og bremser enhedens nedstigning. Timer senere - og hundredvis af miles fra hvor den først løftede sig - rører vejrballonen jorden.

Hver dag, hundredvis af vejrballoner rundt om i verden foretager denne dramatiske, nær-rum-rejse. Mere end 70 år efter at forskere sendte den første eksperimentelle vejrballon, de forbliver arbejdshestene i moderne meteorologiske prognoser. Uanset om det er en tornado -advarsel eller vejrudsigten om nyhederne kl. 6, vejrballoner er det, der holder folk på jorden indstillet på den meteorologiske funktion i den øvre atmosfære.

Hvilken slags information indsamler en vejrballon, og hvordan opnår den denne bedrift? Læs videre for at finde ud af det.

1. Vejrballonanvendelser
2. Komponenter i en vejrballon
3. Vejrballon lanceres

Vejrballonanvendelser

I 1785, Den franske ballonist Jean-Pierre Blanchard rejste fra Paris på en rekordstor rejse over Den Engelske Kanal. Med på turen var John Jeffries, en amerikansk læge kendt for at dabbe i vejrobservation. I himlen over Nordeuropa, Jeffries håbede at kunne registrere nogle af de første målinger nogensinde af den øvre atmosfære. Da ballonen kom farligt tæt på at styrte ind i Den Engelske Kanal, imidlertid, Jeffries blev tvunget til at kaste sit udstyr overbord for at lette belastningen.

I dag, vejrballoner gør det meste af arbejdet for os, lade eksperterne forblive sikkert på jorden. Alene i USA, vejrballoner opsendes to gange dagligt fra 92 vejrstationer. Dette udgør i alt 67, 160 balloner om året. I hele verden, mere end 900 vejrstationer er afhængige af daglige vejrballonopskydninger.

Det er næsten umuligt at forudsige vejret uden at kende betingelserne for den øvre atmosfære. Det kan være solrigt og stille ved havets overflade, men klokken 18 000 fod (5, 486 meter), et svagt stormsystem kan snart blive til noget farligere. Ved at sende regelmæssige eskadroner af balloner til at måle betingelserne for den øvre atmosfære, meteorologer kan holde øje med bryg storme.

For et århundrede siden, forskere kunne kun forudsige vejret ud fra målinger taget på jorden. Med et så begrænset datasæt, den bedste meteorolog kan gøre er at forudsige vejret et par timer ud i fremtiden. Med vejrballoner, selvom, videnskabsfolk kan planlægge vejrforhold i flere dage i forvejen.

Disse oplysninger holder ikke bare joggere ude af regnen - det redder liv. Vejrdata i stor højde er kritiske for at forudsige modgående naturkatastrofer som tornadoer, tordenvejr eller lynflod. Takket være vejrballoner, embedsmænd kan kryptere forsyninger og nødpersonale til et berørt område timer før en vejrkatastrofe rammer.

Ligesom modelraketter og fjernstyrede fly, vejrballoner er også kommet ind på hobbymarkedet. I 2009, Massachusetts Institute of Technology forskere Oliver Yeh og Justin Lee brugte en vejrballon, en køler, en mobiltelefon og et digitalkamera til at tage et fotografi i stor højde af Jorden for under $ 150.

Snart, andre hobbyfolk samlede deres egne nærrumskameraer. Selvfølgelig, Yeh og Lee advarer om, at det kan være farligt at lancere ting i stratosfæren [kilde:Project Icarus]. Hvis den ikke er udstyret med korrekte faldskærme, en amatørvejrballon kan blive et dødeligt projektil, hvis det falder i et byområde. Ballonerne kan også fremkalde en katastrofe ved at blive suget ind i jetmotorerne på et passerende fly. Hvis du begynder at bygge dit eget videnskabsprojekt i stor højde, sørg for at følge alle korrekte forholdsregler.

Specialdesignede balloner i stor højde bruges også ofte af NASA til at udføre nær-rum eksperimenter. Under en meteorregn, en ballon i stor højde kan opsamle kosmisk støv udsendt af de forbipasserende rumklipper. "Smarte" balloner i strandkugle er blevet lanceret for at holde øje med vejrforholdene omkring NASA-faciliteter forud for en raketopsendelse [kilde:Mullins]. NASA har endda leget med at sende balloner i stor højde for at undersøge atmosfæren omkring Mars.

Vi vil se nærmere på komponenterne i en vejrballon på den næste side.

Hvorfor lade radiosondes have det sjovt? I juli 1982, lastbilchauffør Larry Walters band 42 vejrballoner til en græsplæne med det mål at flyve ud af Los Angeles, efter vindstrømmene over ørkenen, og hvile sikkert i Rocky Mountains. Ballonerne havde mere løftekraft end Walters havde regnet med, imidlertid, og inden for få minutter, hans flyvende græsplæne stol havde skudt op til en kold 16, 000 fod (4, 879 meter). Heldigvis, Walters havde en luftpistol ombord, og han var i stand til at skyde et par af ballonerne ud, faldende sikkert ned i en baggård i Long Beach, Californien.

Komponenter i en vejrballon

Lejlighedsvis, en amerikansk husejer vågner for at finde en brugt vejrballon i hans eller hendes baghave. Det er et mærkeligt syn:splintrede strimler af neopren, sammenfiltrede snore, en krøllet faldskærm og en lille papkasse. Det er ingen overraskelse, at vejrballoner ofte forveksles med udenjordiske rumfartøjer.

Kernekomponenten i hele samlingen er radiosonde , en papkasse i skoeske pakket med tre grundlæggende atmosfæriske instrumenter:

• T hermistor . En keramisk beklædt metalstang, der fungerer som et rudimentært termometer.
• H ygristor . Et lille dias, der fungerer som en fugtighedsføler. Objektglasset er belagt med film af lithiumchlorid (LiCl), hvis elektriske modstand ændres baseret på den omgivende luftfugtighed.
• Aneroid barometer . En lille metalbeholder fyldt med luft, der måler lufttryk. Når lufttrykket omkring det falder i højere højder, beholderen udvides, udløser en sensor.

Radiosonde har også en lavdrevet radiosender til at videresende data fra alle tre instrumenter tilbage til modtagere på jorden. Et lille batteri giver strøm til radiosonde.

Fordelen ved en radiosonde er, at forskere ikke behøver at hente enheden for at få vejrdata. I 1920'erne og 30'erne, når meteorologer brugte drager eller fly til at måle vejrdata i øvre atmosfære, specialister skulle vente, indtil flyet rørte ned, eller dragen blev spolet ind, før de kunne begynde at lave vejrberegninger.

At holde hele samlingen højt er en stor ballon lavet af neopren , et syntetisk gummi. Ballonerne fyldes enten med helium eller hydrogen afhængigt af præferencerne for den enkelte lanceringsstation. Brint er billigere, har bedre løftekapacitet, og kan let ekstraheres fra vand. Imidlertid, brint er også meget brandfarligt-et faktum, der har fået mange eksplosionssky vejrstationer til i stedet at vedtage helium.

Alt i alt, en komplet vejrballonmontering koster omkring et par hundrede dollars. En raket i stor højde, på den anden side, kan koste flere hundrede tusinde dollars for bare en enkelt flyvning. Selv en flyvning i stor højde kan koste tusinder af dollars i timen. Den relative billighed af vejrballoner er det, der har holdt dem til enheden til registrering af vejrdata i mere end seks årtier.

Med så mange tusinde vejrballoner, der trænger til himlen, det er uundgåeligt, at nogle tager fejl af fremmede rumfartøjer. Den mest profilerede sag var i juli 1947, da militære embedsmænd i Roswell, N.M., bedøvet verden med rapporter om, at de havde genoprettet resterne af en "flyvende disk". Senere, imidlertid, regeringens rapporter viste, at affaldet var fra en hemmelig eksperimentel ballon, der blev brugt til at overvåge sovjetiske atomprøver.

Vejrballon lanceres

I et isoleret felt midt i Australien, NASA -embedsmænd pustede langsomt op en massiv heliumballon, der ville bære et gammastrålingsteleskop på 2 millioner dollars ind i den øvre atmosfære. Placeringen var perfekt til en ballonopskydning:flad, tørt og klart. Inden ballonen var fuldt oppustet, imidlertid, et pludseligt vindstød fangede ballonen og sendte den susende hen over landet. Besætningsmedlemmer løb for livet, da teleskopet smadrede ind i en nærliggende SUV og flåede gennem et hegn, inden de krummede ned i en bunke mere end 150 meter væk.

Af de mange ting, der kan gå galt under en ballonopskydning, at efterlade et spor af ødelæggelse er naturligvis et af de værste. De fleste vejrballoner, på den anden side, lanceres uden problemer. I USA, vejrstationer vil typisk få et skur på stedet bygget specielt med henblik på ballonoppustning. For at forberede en ballon til opsendelse, en tekniker vil først sikre ballonen til en dyse og begynde at fylde den med helium eller brint. Når det fylder, han tester radiosondens batteri, indstiller radioudstyret og fastgør hele samlingen med en længde af nylonsnor.

Når ballonen er oppustet til omtrent på størrelse med en yogakugle, teknikeren binder det af og indleder det udenfor. At gå ballonen et stykke væk fra træer, elledninger og andre forhindringer, han vil ganske enkelt give det et blidt skub opad.

Så snart ballonen begynder at flyde, radiosonde kommer på arbejde, strålende data til vejrcomputere på jorden. I realtid, disse computere plotter dataene ind i tredimensionelle vejrmodeller og sender dem til vejrstationer i hele landet. Jordteknikere, imens, spore den stigende ballon med radarudstyr. Ved at notere den opadgående bevægelse af den opstigende ballon, de kan beregne vindhastighed og retning i forskellige højder.

Der er en grund til, at vejrballoner ikke bare flyder ud i rummet. Når ballonen bevæger sig længere væk fra Jorden, der er mindre luft at skubbe mod ydersiden af ​​ballonen. Med mindre lufttryk for at tøjle det, gassen inde i ballonen udvider sig, når dens højde stiger. Ballonen kan kun ekspandere så meget, imidlertid, og det vil typisk briste i højder over 24,1 kilometer - cirka tre gange højere end Mount Everest.

Hvis radiosonden simpelthen fik lov til at styrte ned på jorden, det kan forårsage dødelig kaos på menneskelige bosættelser herunder. Derfor har hver vejrballon en lille faldskærm forbundet til ledningen, der forbinder radiosonde med ballonen. Når ballonen stiger, faldskærmen forbliver foldet af det nedadgående luftstrøm. Når forsamlingen begynder at falde, imidlertid, faldskærmen blæses op, bremse ballonen til en håndterbar 22 miles i timen (9,8 meter i sekundet).

Meget af tiden, vejrballoner bliver simpelthen affald efter en tur i nærrummet. Hvis balloner fanger en særlig kraftig vindstød, de kan rejse flere hundrede miles - røre ned overalt fra en sumpet mose til de sneklædte toppe i Rocky Mountains. At sende helikoptere til at hente næsten 200 vejrballoner lanceret i USA hver dag er simpelthen ikke på budgettet.

Imidlertid, inde i hver radiosonde er en stor portobetalt kuvert. Hvis du nogensinde støder på en gammel vejrballon, Du skal blot placere den inde i konvolutten og lægge den i en postkasse, og dage senere vil det blive returneret til National Weather Service for at flyve igen.

I de aftagende dage under Anden Verdenskrig, det japanske militær spændte bomber til bunden af ​​vejrballoner og sendte dem flydende mod Canada og USA. Japanerne regnede med, at ballonerne ville starte en bølge af skovbrande og dødelige eksplosioner, bremser det amerikanske fremskridt over Stillehavet. Japansk propaganda rapporterede, at ballonerne havde dræbt 10, 000 amerikanere, men i virkeligheden, den eneste kaos, der blev forårsaget, var seks menneskers død.

Masser mere information

relaterede artikler

• Sådan fungerer luftballoner
• Sådan fungerer blimps
• Sådan fungerer UFO'er
• Sådan fungerer heliumballoner
• Sådan fungerer helikoptere
• Sådan fungerer fly
• Sådan fungerer satellitter

Kilder

• Aerostar International Inc. "Aerospace Products." (1. maj kl. 2011) http://www.aerostar.com/aerospace.htm
• Barry, Mærke. "Det officielle websted for 'Plænestolspiloten.'" (1. maj, kl. 2011) http://www.markbarry.com/lawnchairman.html
• Columbia Scientific Balloon Facility. "CSBF -missionen, Historie, og præstationer. "2006. (1. maj, 2011) http://www.csbf.nasa.gov/mission.html
• Eastern Illinois University. "Værktøjer fra den atmosfæriske videnskabsmand." (1. maj kl. 2011) http://www.ux1.eiu.edu/~cxtdm/met/bbss.html
• Lasar, Matthew. "Pas på vejrballoner:stor trådløs ønsker dit spektrum." 2010. (1. maj, kl. 2011) http://arstechnica.com/tech-policy/news/2010/10/watch-out-weather-balloons-big-wireless-wants-your-spectrum.ars
• Mullins, Justin. "NASA udvikler 'smarte' vejrballoner til opsendelsessteder." 23. maj kl. 2007. (1. maj, kl. 2011) http://www.newscientist.com/article/dn11911-nasa-develops-smart-weather-balloons-for-launch-sites.html
• NASA. "En vild tur på jagt efter meteorer." 14. april kl. 1999. (1. maj, kl. 2011) http://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/1999/ast14apr99_1/
• National Weather Service. "Radiosonde -observationer." (1. maj kl. 2011) http://www.ua.nws.noaa.gov/factsheet.htm
• National Weather Service Eastern Region Hovedkvarter. "NWS Radiosonde Observations - Faktablad." (1. maj kl. 2011) http://www.erh.noaa.gov/gyx/weather_balloons.htm
• National Weather Service Forecast Office Las Vegas Nevada. "Vejrballoner." (1. maj kl. 2011) http://www.wrh.noaa.gov/vef/kids/wxballoon.php
• National Weather Service Weather Forecast Office, Aberdeen, South Dakota. "Fakta om vejrballoner." (1. maj kl. 2011) http://www.crh.noaa.gov/abr/?n=wxballoonfacts.php
• Renner, Jeff. "Er vejrballoner nogensinde genoprettet og genbrugt, og bliver der lanceret her? "25. maj, 2010. (1. maj, kl. 2011) http://www.king5.com/weather/weather-minds/Are-Weather-Balloons-ever-recovered-and-re-used-and-are-any-launched-here-94887169.html
• Science Buddies. "Brug af vejrballondata til at kortlægge atmosfærisk temperatur." 25. maj kl. 2007. (1. maj, kl. 2011) http://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project_ideas/Weather_p013.shtml
• Scientific Sales Inc. "METEOROLOGISKE/VEJRBALLONER." (1. maj kl. 2011) http://www.scientificsales.com/Meteorological-Balloons-Weather-Balloons-Sounding-Balloon-s/25.htm
• Sorrel, Charlie. "Edge-of-Space-kameraet på $ 150:MIT-studerende slår NASA på ølpenge-budget." 15. september, 2009. (1. maj, kl. 2011) http://www.wired.com/gadgetlab/2009/09/the-150-space-camera-mit-students-beat-nasa-on-beer-money-budget/
• SpaceQuotations.com. "Ser tilbage på jordens citater." (5. maj kl. 2011) http://www.spacequotations.com/earth.html
• Stover, Daggry. "50 år efter Roswell." Populær videnskab. Juni, 1997.
• University of Wisconsin-Madison Department of Oceanic and Atmospheric Services. "Radiosondes - En øvre luftprobe." (1. maj kl. 2011) http://www.aos.wisc.edu/~hopkins/wx-inst/wxi-raob.htm
• U.S. Centennial of Flight Commission. "Tidlige videnskabelige balloner." (1. maj kl. 2011) http://www.centennialofflight.gov/essay/Lighter_than_air/early_scientific_balloons/LTA7.htm
• U.S. Centennial of Flight Commission. "Radiosonde." (1. maj kl. 2011) http://www.centennialofflight.gov/essay/Dictionary/radiosonde/DI71.htm