Bij een geïsoleerd weerstation in het midden van de Verenigde Staten komt een technicus uit een kleine stenen schuur tevoorschijn en houdt een weerballon vast. . Het is niet zomaar een ballon voor een verjaardagsfeestje, maar een enorme, witte bol met een diameter van meer dan 1,5 meter. De enorme ballon is gevuld met meer dan 8,5 kubieke meter heliumgas en trekt met een kracht van ongeveer vier pond tegen de hand van de wetenschapper.

In de andere hand pakt de wetenschapper een radiosonde, een lichtgewicht kartonnen doos gevuld met wetenschappelijke instrumenten die aan de onderkant van de ballon is vastgemaakt. Hij loopt naar een lege open plek en laat voorzichtig de ballon en de radiosonde los.

Terwijl de ballon van de aarde weg raast, is de radiosonde al hard aan het werk en stuurt atmosferische informatie terug naar datacenters.

Na een uur is de ballon gestegen tot bijna 100.000 voet (30.480 meter). Dit is de stratosfeer, de op één na laatste atmosferische laag vóór de ruimte. Hieronder worden de kenmerken van de aarde aan het zicht onttrokken door een dikke laag wolken. Boven is de blauwe lucht vervaagd tot donkerzwart. Het is een prachtig gezicht, dat slechts door een handvol astronauten en testpiloten wordt gezien.

Voor de ballon zullen deze adembenemende uitzichten de laatste momenten zijn. Naarmate de weerballon hoger klimt, zet hij uit. Het begon misschien bescheiden, maar nu, op een hoogte van bijna 29 kilometer, is de ballon opgezwollen tot het formaat van een rijdende vrachtwagen.

Tot het uiterste uitgerekt, barst het dunne synthetische rubber van de ballon en stuurt de kleine radiosonde terug naar de aarde. Binnen enkele seconden vangt de wind een kleine, oranje parachute op en vertraagt ​​de afdaling van het apparaat. Uren later (en honderden kilometers verwijderd van de plek waar hij voor het eerst opstijgt) raakt de weerballon de grond.

Elke dag ondernemen honderden van deze ballonnen over de hele wereld deze dramatische reis bijna in de ruimte. Meer dan zeventig jaar nadat wetenschappers de eerste experimentele weerballon opzonden, blijven ze de werkpaarden van moderne meteorologische voorspellingen. Of het nu gaat om een ​​tornadowaarschuwing of om het weerbericht op het nieuws van 18.00 uur, weerballonnen zorgen ervoor dat mensen op de grond op de hoogte blijven van de meteorologische werking van de hogere atmosfeer.

Wat voor soort informatie verzamelt een weerballon, en hoe bereikt hij deze prestatie? Lees verder om erachter te komen.

1. Toepassingen voor weerballonnen
2. Onderdelen van een weerballon
3. Weerballon gelanceerd

Toepassingen voor weerballonnen

In 1785 vertrok de Franse ballonvaarder Jean-Pierre Blanchard vanuit Parijs voor een recordreis over het Engelse Kanaal. John Jeffries, een Amerikaanse arts die bekend staat om zijn liefhebberij in weerobservatie, ging mee voor de rit. In de lucht boven Noord-Europa hoopte Jeffries enkele van de allereerste metingen van de bovenste atmosfeer te kunnen vastleggen. Toen de ballon echter gevaarlijk dicht bij het neerstorten in het Engelse Kanaal kwam, werd Jeffries gedwongen zijn uitrusting overboord te gooien om de last lichter te maken.

Tegenwoordig doen weerballonnen het meeste werk voor ons, waardoor de experts veilig aan de grond kunnen blijven. Alleen al in de Verenigde Staten worden twee keer per dag weerballonnen gelanceerd vanaf 92 weerstations. Dit komt neer op een totaal van 67.160 ballonnen per jaar. Wereldwijd vertrouwen meer dan 900 weerstations op de dagelijkse lancering van weerballonnen.

Het is bijna onmogelijk om het weer te voorspellen zonder de omstandigheden van de bovenste atmosfeer te kennen. Op zeeniveau kan het zonnig en rustig zijn, maar op 5.486 meter hoogte kan een zwak stormsysteem snel uitmonden in iets gevaarlijkers. Door regelmatig squadrons ballonnen op te sturen om de omstandigheden in de bovenste atmosfeer te meten, kunnen meteorologen de dreigende stormen in de gaten houden.

Een eeuw geleden konden wetenschappers het weer alleen voorspellen op basis van metingen op de grond. Met zo’n beperkte dataset kunnen meteorologen het beste het weer over een paar uur in de toekomst voorspellen. Met weerballonnen kunnen wetenschappers echter dagen van tevoren de weersomstandigheden in kaart brengen.

Deze informatie houdt joggers niet alleen uit de regen, maar redt ook levens. Weergegevens op grote hoogte zijn van cruciaal belang voor het voorspellen van naderende natuurrampen zoals tornado's, onweersbuien of plotselinge overstromingen. Dankzij weerballonnen kunnen ambtenaren uren voordat een weerramp toeslaat voorraden en hulppersoneel naar een getroffen gebied sturen.

Net als modelraketten en op afstand bestuurbare vliegtuigen hebben ook weerballonnen hun intrede gedaan op de hobbymarkt. In 2009 gebruikten de wetenschappers Oliver Yeh en Justin Lee van het Massachusetts Institute of Technology een weerballon, een koelbox, een mobiele telefoon en een digitale camera om voor minder dan $ 150 een foto van de aarde op grote hoogte te maken.

Al snel waren andere hobbyisten hun eigen camera's in de buurt van de ruimte aan het in elkaar zetten. Natuurlijk waarschuwen Yeh en Lee dat het lanceren van dingen in de stratosfeer gevaarlijk kan zijn [bron:Project Icarus]. Als hij niet is uitgerust met de juiste parachutes, kan een amateurweerballon een dodelijk projectiel worden als hij in een stedelijk gebied valt. De ballonnen kunnen ook een ramp veroorzaken doordat ze in de straalmotoren van een passerend vliegtuig worden gezogen. Als u begint met het bouwen van uw eigen wetenschapsproject op grote hoogte, zorg er dan voor dat u alle juiste voorzorgsmaatregelen neemt.

Speciaal ontworpen ballonnen op grote hoogte worden ook vaak door NASA gebruikt om experimenten in de buurt van de ruimte uit te voeren. Tijdens een meteorenregen kan een ballon op grote hoogte kosmisch stof verzamelen dat wordt uitgestoten door de passerende ruimterotsen. Er zijn 'slimme' ballonnen ter grootte van een strandbal gelanceerd om de weersomstandigheden rond NASA-faciliteiten in de gaten te houden voorafgaand aan een raketlancering [bron:Mullins]. NASA heeft zelfs gespeeld met het sturen van ballonnen op grote hoogte om de atmosfeer rond Mars te onderzoeken.

Op de volgende pagina gaan we dieper in op de onderdelen van een weerballon.

Waarom zouden radiosondes al het plezier hebben? In juli 1982 bond vrachtwagenchauffeur Larry Walters 42 weerballonnen aan een tuinstoel met als doel Los Angeles te verlaten, de windstromen over de woestijn te volgen en veilig tot rust te komen in de Rocky Mountains. De ballonnen hadden echter meer hefkracht dan Walters had verwacht, en binnen enkele minuten was zijn vliegende tuinstoel omhooggeschoten tot een kille hoogte van 4.879 meter. Gelukkig had Walters een luchtpistool aan boord en kon hij een paar ballonnen uitschieten, zodat hij veilig afdaalde naar een achtertuin in Long Beach, Californië.

Onderdelen van een weerballon

Af en toe wordt een Amerikaanse huiseigenaar wakker en vindt hij een gebruikte weerballon in zijn of haar achtertuin. Het is een vreemd gezicht:gescheurde stroken neopreen, verwarde koorden, een verkreukelde parachute en een kleine kartonnen doos. Het is geen verrassing dat weerballonnen vaak worden aangezien voor buitenaardse ruimtevaartuigen.

Het kernonderdeel van het geheel is de radiosonde, een kartonnen doos ter grootte van een schoenendoos, gevuld met drie atmosferische basisinstrumenten:

• Thermistor. Een met keramiek bedekte metalen staaf die dienst doet als rudimentaire thermometer.
• Hygrister. Een kleine schuif die fungeert als vochtigheidssensor. Het glaasje is bedekt met een film van lithiumchloride (LiCl), waarvan de elektrische weerstand verandert op basis van de omringende luchtvochtigheid.
• Aneroïde barometer. Een klein metalen instrument gevuld met lucht dat de luchtdruk meet. Naarmate de luchtdruk eromheen op grotere hoogte afneemt, zet de bus uit, waardoor een sensor wordt geactiveerd.

De radiosonde heeft ook een radiozender met laag vermogen om gegevens van alle drie de instrumenten terug te sturen naar ontvangers op de grond. Een kleine batterij levert stroom aan de radiosonde.

Het voordeel van een radiosonde is dat wetenschappers het apparaat niet hoeven op te halen om weergegevens te verkrijgen. In de jaren twintig en dertig, toen meteorologen vliegers of vliegtuigen gebruikten om weersgegevens over de bovenste atmosfeer te meten, moesten specialisten wachten tot het vliegtuig landde of de vlieger was binnengehaald voordat ze konden beginnen met het maken van weerberekeningen.

Het geheel wordt omhoog gehouden door een grote ballon gemaakt van neopreen, een synthetisch rubber. De ballonnen worden gevuld met helium of waterstof, afhankelijk van de voorkeuren van het individuele lanceerstation. Waterstof is goedkoper, heeft een beter hefvermogen en is eenvoudig uit water te winnen. Waterstof is echter ook zeer brandbaar - een feit dat veel explosieveilige weerstations ertoe heeft aangezet om in plaats daarvan helium te gebruiken.

Alles bij elkaar kost een complete weerballonassemblage ongeveer een paar honderd dollar. Een raket op grote hoogte kan daarentegen enkele honderdduizenden dollars kosten voor slechts één enkele vlucht. Zelfs een vliegtuigvlucht op grote hoogte kan duizenden dollars per uur kosten. De relatieve goedkoopheid van weerballonnen zorgt ervoor dat ze al meer dan zestig jaar het favoriete apparaat zijn voor het vastleggen van weergegevens.

Met zoveel duizenden weerballonnen in de lucht, is het onvermijdelijk dat sommige worden aangezien voor buitenaardse ruimtevaartuigen. De meest spraakmakende zaak deed zich voor in juli 1947, toen militaire functionarissen in Roswell, N.M., de wereld verbaasden met berichten dat ze de overblijfselen van een ‘vliegende schijf’ hadden teruggevonden. Later bleek echter uit overheidsrapporten dat het puin afkomstig was van een uiterst geheime experimentele ballon die werd gebruikt om Sovjet-kernproeven te monitoren.

Weerballon gelanceerd

In een geïsoleerd veld in het midden van Australië bliezen NASA-functionarissen langzaam een ​​enorme heliumballon op die een gammastraaltelescoop van $ 2 miljoen naar de hogere atmosfeer zou brengen. De locatie was perfect voor een ballonlancering:vlak, droog en helder. Voordat de ballon echter volledig was opgeblazen, ving een plotselinge windvlaag de ballon op en stuurde hem over het platteland. Bemanningsleden renden voor hun leven toen de telescoop tegen een nabijgelegen SUV botste en door een hek scheurde voordat hij op meer dan 150 meter afstand tot een hoop stortte.

Van de vele dingen die mis kunnen gaan tijdens de lancering van een ballon, is het achterlaten van een spoor van vernieling uiteraard een van de ergste. De meeste weerballonnen daarentegen worden zonder problemen gelanceerd. In de Verenigde Staten hebben weerstations doorgaans een schuur ter plaatse die speciaal is gebouwd voor het opblazen van ballonnen. Om een ​​ballon klaar te maken voor lancering, bevestigt een technicus de ballon eerst aan een mondstuk en begint deze te vullen met helium of waterstof. Terwijl deze vol raakt, test hij de batterij van de radiosonde, stemt hij de radioapparatuur af en bevestigt hij het geheel met een stuk nylonkoord.

Zodra de ballon is opgeblazen tot ongeveer de grootte van een yogabal, bindt de technicus hem vast en leidt hem naar buiten. Als hij de ballon een stukje uit de buurt van bomen, elektriciteitskabels en andere obstakels laat lopen, geeft hij hem eenvoudigweg een lichte duw omhoog.

Zodra de ballon begint te zweven, gaat de radiosonde aan de slag en verzendt gegevens naar weercomputers op de grond. In realtime plotten deze computers de gegevens in driedimensionale weermodellen en sturen deze naar weerstations in het hele land. Grondtechnici volgen ondertussen de stijgende ballon met radarapparatuur. Door de zijwaartse beweging van de opstijgende ballon te noteren, kunnen ze de windsnelheid en windrichting op verschillende hoogtes berekenen.

Er is een reden waarom weerballonnen niet zomaar de ruimte in zweven. Naarmate de ballon verder van de aarde af beweegt, is er minder lucht om tegen de buitenkant van de ballon te duwen. Met minder luchtdruk om het in toom te houden, zet het gas in de ballon uit naarmate de hoogte toeneemt. De ballon kan echter maar beperkt uitzetten en barst doorgaans op een hoogte van meer dan 24,1 kilometer (ongeveer drie keer zo hoog als de Mount Everest).

Als de radiosonde eenvoudigweg naar de aarde zou dalen, zou dit dodelijke schade kunnen aanrichten aan menselijke nederzettingen beneden. Daarom heeft elke weerballon een kleine parachute die is verbonden met het koord dat de radiosonde met de ballon verbindt. Terwijl de ballon opstijgt, blijft de parachute opgevouwen door de neerwaartse luchtstroom. Wanneer het geheel echter begint te dalen, wordt de parachute opengeblazen, waardoor de ballon wordt vertraagd tot een beheersbare snelheid van 22 mijl per uur (9,8 meter per seconde).

Een groot deel van de tijd worden weerballonnen eenvoudigweg afval na een reis naar de nabije ruimte. Als ballonnen een bijzonder sterke windvlaag opvangen, kunnen ze honderden kilometers afleggen – van een moerassig moeras tot aan de besneeuwde toppen van de Rocky Mountains. Het sturen van helikopters om elke dag bijna 200 weerballonnen op te halen die in de Verenigde Staten worden gelanceerd, valt simpelweg niet binnen het budget.

In elke radiosonde bevindt zich echter een grote portvrije envelop. Als je ooit een oude weerballon tegenkomt, stop je hem gewoon in de envelop en stop je hem in een brievenbus. Een paar dagen later wordt hij teruggestuurd naar de National Weather Service, zodat hij weer kan vliegen.

In de laatste dagen van de Tweede Wereldoorlog bond het Japanse leger bommen aan de onderkant van weerballonnen en stuurde ze richting Canada en de Verenigde Staten. De Japanners dachten dat de ballonnen een golf van bosbranden en dodelijke explosies zouden veroorzaken, waardoor de Amerikaanse opmars over de Stille Oceaan zou worden vertraagd. Japanse propaganda meldde dat de ballonnen 10.000 Amerikanen hadden gedood, maar in werkelijkheid was de enige chaos die werd veroorzaakt de dood van zes mensen.

Veel meer informatie

Gerelateerde artikelen

• Hoe heteluchtballonnen werken
• Hoe zeppelins werken
• Hoe UFO's werken
• Hoe heliumballonnen werken
• Hoe helikopters werken
• Hoe vliegtuigen werken
• Hoe satellieten werken

Bronnen

• Aerostar International Inc. "Luchtvaartproducten." (1 mei 2011)http://www.aerostar.com/aerospace.htm
• Barry, Mark. "De officiële site van 'The Lawn Chair Pilot.'" (1 mei 2011) http://www.markbarry.com/lawnchairman.html
• Wetenschappelijke ballonfaciliteit van Columbia. "De CSBF-missie, geschiedenis en prestaties." 2006. (1 mei 2011) http://www.csbf.nasa.gov/mission.html
• Oost-Illinois Universiteit. "Hulpmiddelen van de atmosferische wetenschapper." (1 mei 2011) http://www.ux1.eiu.edu/~cxtdm/met/bbss.html
• Lasar, Matthew. "Pas op met weerballonnen:grote draadloze netwerken willen jouw spectrum." 2010. (1 mei 2011) http://arstechnica.com/tech-policy/news/2010/10/watch-out-weather-balloons-big-wireless-wants-your-spectrum.ars
• Mullins, Justin. "NASA ontwikkelt 'slimme' weerballonnen voor lanceerplaatsen." 23 mei 2007. (1 mei 2011) http://www.newscientist.com/article/dn11911-nasa-develops-smart-weather-balloons-for-launch-sites.html
• NASA. "Een wilde rit op zoek naar meteoren." 14 april 1999. (1 mei 2011) http://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/1999/ast14apr99_1/
• Nationale weerdienst. "Radiosonde-observaties." (1 mei 2011) http://www.ua.nws.noaa.gov/factsheet.htm
• Hoofdkantoor van de nationale weerdienst in de oostelijke regio. "NWS Radiosonde-observaties - Factsheet." (1 mei 2011) http://www.erh.noaa.gov/gyx/weather_balloons.htm
• National Weather Service Forecast Office Las Vegas, Nevada. "Weerballonnen." (1 mei 2011) http://www.wrh.noaa.gov/vef/kids/wxballoon.php
• National Weather Service Weather Forecast Office, Aberdeen, South Dakota. "Feiten over weerballonnen." (1 mei 2011) http://www.crh.noaa.gov/abr/?n=wxballoonfacts.php
• Renner, Jeff. "Worden er ooit weerballonnen teruggevonden en hergebruikt, en worden ze hier gelanceerd?" 25 mei 2010. (1 mei 2011) http://www.king5.com/weather/weather-minds/Are-Weather-Balloons-ever-recovered-and-re-used-and-are-any-launched -hier-94887169.html
• Wetenschapsvrienden. "Weerballongegevens gebruiken om de atmosferische temperatuur in kaart te brengen." 25 mei 2007. (1 mei 2011) http://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project_ideas/Weather_p013.shtml
• Scientific Sales Inc. "METEOROLOGISCH/WEERBALLONNEN." (1 mei 2011) http://www.scientificsales.com/Meteorological-Balloons-Weather-Balloons-Sounding-Balloon-s/25.htm
• Zuring, Charlie. "De Edge-of-Space-camera van $ 150:MIT-studenten verslaan NASA op het gebied van biergeld." 15 september 2009. (1 mei 2011) http://www.wired.com/gadgetlab/2009/09/the-150-space-camera-mit-students-beat-nasa-on-beer-money- budget/
• SpaceQuotations.com. "Terugkijkend op de aardecitaten." (5 mei 2011) http://www.spacequotations.com/earth.html
• Stover, Dageraad. "50 jaar na Roswell." Populaire wetenschap. Juni 1997.
• Universiteit van Wisconsin-Madison Department of Oceanic and Atmospheric Services. "Radiosondes - een bovenste luchtsonde." (1 mei 2011) http://www.aos.wisc.edu/~hopkins/wx-inst/wxi-raob.htm
• VS Centennial of Flight Commissie. "Vroege wetenschappelijke ballonnen." (1 mei 2011) http://www.centennialofflight.gov/essay/Lighter_than_air/early_scientific_balloons/LTA7.htm
• VS Honderdjarig bestaan ​​van de Vluchtcommissie. "Radiosonde." (1 mei 2011) http://www.centennialofflight.gov/essay/Dictionary/radiosonde/DI71.htm