气象气球的工作原理

1785年，法国热气球驾驶员让-皮埃尔·布兰查德从巴黎起飞，开始了穿越英吉利海峡的破纪录之旅。跟随他们的是约翰·杰弗里斯，一位以涉足天气观测而闻名的美国医生。在北欧上空，杰弗里斯希望记录下一些高层大气的首次测量。当气球然而，杰弗里斯被迫将他的设备扔到船外以减轻负荷。

今天，气象气球为我们做了大部分的工作，让专家们安全地呆在地面上。仅在美国，就有92个气象站每天发射两次气象气球。这样算下来，每年总共要发射67160个气球。全世界有900多个气象站依靠每天放飞的气象气球。

如果不知道上层大气的情况，几乎不可能预测天气。在海平面上可能是阳光明媚、安静的，但在18000英尺(5486米)的高空，就有点弱了风暴系统可能很快就会变成更危险的东西。通过定期发射气球中队来测量上层大气的状况，气象学家可以密切关注酝酿中的风暴。

一个世纪以前，科学家只能通过地面测量来预测天气。有了如此有限的数据集，气象学家能做的最好的事情就是预测未来几个小时的天气。然而，有了气象气球，科学家们可以提前几天绘制出天气状况。

这些信息不仅能让慢跑者远离雨，还能拯救生命。高空天气数据对于预测即将到来的自然灾害(如龙卷风、雷暴或山洪暴发)至关重要。多亏了气象气球，官员们可以在天气灾难来袭前几个小时将物资和紧急救援人员送往受灾地区。

像火箭模型和遥控飞机一样，气象气球也进入了业余爱好市场。2009年，麻省理工学院的科学家Oliver Yeh和Justin Lee用一个气象气球、一个冷却器、一部手机和一台数码相机拍摄了一张地球的高空照片，花费不到150美元。

很快，其他爱好者也开始拼凑自己的近太空相机。当然，叶和李警告说，把东西发射到平流层是很危险的。伊卡洛斯项目]。如果没有配备合适的降落伞，一个业余的气象气球如果落在城市地区就会变成致命的弹射物。这些气球还可能被卷入一架经过的客机的喷气发动机中，从而引发一场灾难。如果你开始建立自己的高海拔科学项目，请确保遵循所有适当的预防措施。

特别设计的高空气球也经常被使用美国国家航空航天局进行近空间实验。在流星雨期间，高空气球可以收集经过的太空岩石发出的宇宙尘埃。沙滩球大小的“智能”气球已经被发射出来，在火箭发射前监视美国宇航局设施周围的天气状况。马林斯]。美国国家航空航天局甚至考虑过发射高空气球来探测周围的大气层火星．

我们将在下一页仔细研究气象气球的组成部分。

偶尔，一个美国房主醒来后会在他或她的后院发现一个用完了的气象气球。这是一个奇怪的景象:破旧的氯丁橡胶条，纠结的电线，皱巴巴的降落伞和一个小纸板箱。气象气球经常被误认为是外星人，这并不奇怪宇宙飞船．

整个装配的核心部件是无线电探空仪一个鞋盒大小的纸板箱，里面装着三种基本的大气仪器:

无线电探空仪也具有低功率广播发射机将所有三个仪器的数据传回地面上的接收器。一个小电池为无线电探空仪提供电力。

无线电探空仪的优点是，科学家不需要取回设备来获取天气数据。在20世纪20年代和30年代，当气象学家使用风筝或飞机来测量上层大气的天气数据时，专家们必须等到飞机着陆或风筝被卷起来之后才能开始计算天气。

将整个组装物高举在空中的是一个由氯丁橡胶一种合成橡胶。气球是充氦气还是充氢气，这取决于各个发射站的喜好。氢更便宜，有更好的提升能力，并且可以很容易地从水中提取。然而，氢也是非常易燃的——这一事实促使许多防爆气象站改用氦。

总的来说，一个完整的气象气球组件大约需要几百美元。另一方面，高空火箭单次飞行就需要花费数十万美元。即使是高空飞行，每小时也要花费数千美元。60多年来，气象气球的相对便宜使其成为记录气象数据的首选设备。

在澳大利亚中部一个与世隔绝的地方，美国国家航空航天局官员们慢慢地给一个巨大的氦气球充气，它将携带价值200万美元的伽马射线望远镜进入上层大气。这个地点非常适合气球放飞:平坦、干燥、清澈。然而，在气球完全充气之前，突然刮来一阵风，把气球吹得飞快地穿过乡间。当望远镜撞到附近的一辆SUV上，并穿过围栏，然后在492英尺(150米)外撞成一堆时，机组人员纷纷逃命。

在气球发射过程中可能出错的许多事情中，留下破坏痕迹显然是最糟糕的事情之一。另一方面，大多数气象气球发射都很顺利。在美国，气象站通常会有一个专门为气球充气而建的现场小屋。为了准备发射气球，技术人员首先将气球固定在喷嘴上，然后开始向气球内充氦或氢。当它充满时，他测试无线电探空仪的电池，调整无线电设备，并用一段尼龙绳将整个组件连接在一起。

一旦气球膨胀到瑜伽球的大小，技术人员就会把它绑起来，把它带到外面。让气球走一小段距离，远离树木、电线和其他障碍物，他只需要轻轻推它一下就可以了。

气球一开始漂浮，无线电探空仪就开始工作，将数据传送到地面上的气象计算机。这些计算机实时地将数据绘制成三维天气模型，并将其发送到全国各地的气象站。与此同时，地面技术人员用雷达设备追踪上升的气球。通过注意上升气球的横向运动，他们可以计算出不同高度的风速和风向。

气象气球不飘进太空是有原因的。随着气球离地球越远，气球外部的空气就越少。由于控制气球的气压较小，气球内的气体会随着高度的上升而膨胀。然而，气球只能膨胀这么多，它通常会在15英里(24.1公里)以上的高度爆炸——大约是珠穆朗玛峰的三倍。

如果听任无线电探空仪坠落地面，它可能会对地面上的人类居住区造成致命的破坏。这就是为什么每个气象气球都有一个连接着无线电探空仪和气球的绳子的小降落伞。当气球上升时，降落伞被向下的气流所折叠。然而，当组件开始下降时，降落伞被吹开，使气球的速度降至每小时22英里(每秒9.8米)。

很多时候，气象气球在进入近太空后就变成了垃圾。如果气球赶上一阵特别强劲的风，它们可以飞行几百英里——降落在从沼泽沼泽到落基山脉雪峰的任何地方。发送直升机收集每天在美国发射的近200个气象气球根本不在预算之内。

然而，每个探空仪内部都有一个大的邮资信封。如果你遇到一个旧的气象气球，只要把它放在信封里，然后把它塞进邮箱里，几天后它就会被送回国家气象局再次飞行。