米国中部にある孤立した気象観測所で、技術者が気象観測用気球をつかんで小さなレンガ小屋から出てきます。言っておきますが、これは単なる誕生日パーティーの風船ではなく、直径 5 フィート (1.5 メートル) を超える巨大な白い球体です。 300 立方フィート (8.5 立方メートル) 以上のヘリウム ガスが充填された巨大な風船は、約 4 ポンドの力で科学者の手を引っ張ります。
一方、科学者はラジオゾンデをつかみます。ラジオゾンデは、気球の底に取り付けられた科学機器が詰まった軽量の段ボール箱です。誰もいない空き地に大股で歩き、彼は風船とラジオゾンデをそっと放します。
気球が地球から遠ざかるにつれて、ラジオゾンデはすでに懸命に働き、大気情報をデータセンターに送信しています。
1 時間後、気球は高度 100,000 フィート (30,480 メートル) 近くまで上昇しました。これは成層圏、宇宙空間の前にある最後から 2 番目の大気層です。以下では、地球の特徴は厚い雲の層によって隠されています。上では、青空が暗くなって黒くなっています。それは少数の宇宙飛行士やテストパイロットだけが見ることができる美しい光景です。
気球にとって、この息を呑むような景色は最後の瞬間となるでしょう。気象観測気球は高く上昇するにつれて膨張します。初めは控えめだったかも知れませんが、現在、この気球は高さ約 18 マイル (29 キロメートル) で、移動中のトラックほどの大きさにまで膨れ上がっています。
限界まで伸びると、気球の薄い合成ゴムが破裂し、小さなラジオゾンデが地球に向かって急降下します。数秒以内に、風が小さなオレンジ色のパラシュートを捉え、装置の降下を遅らせます。数時間後、そして最初に飛び立った場所から数百マイル後、気象観測気球は地面に接地しました。
毎日、世界中の何百もの気球がこの劇的な近宇宙航海を行っています。科学者たちが最初の実験用気象気球を飛ばしてから 70 年以上が経った今でも、気象気球は現代の気象予報の主力として活躍しています。竜巻警報であれ、6 時のニュースでの天気予報であれ、気象観測気球は地上の人々を上層大気の気象現象に常に耳を傾けさせてくれます。
気象観測気球はどのような情報を収集し、どのようにしてこの偉業を達成するのでしょうか?続きを読んで調べてください。
気象観測気球の用途
1785 年、フランスの気球奏者ジャン ピエール ブランシャールは、イギリス海峡を横断する記録破りの旅に向けてパリから飛び立ちました。この旅に同行したのは、気象観測に手を出したことで知られるアメリカ人医師、ジョン・ジェフリーズ氏だった。ジェフリーズ氏は、北ヨーロッパの上空で、上層大気の史上初の測定値のいくつかを記録したいと考えていました。しかし、気球が危険なほどイギリス海峡に衝突しそうになったとき、ジェフリーズさんは荷物を軽くするために装備を船外に放り出さざるを得ませんでした。
現在、気象観測気球がほとんどの仕事を私たちの代わりに行ってくれるので、専門家は安全に地上に留まることになります。米国だけでも、気象観測気球は 92 の測候所から 1 日に 2 回打ち上げられます。これは、年間合計 67,160 個の気球に相当します。世界中で 900 以上の気象観測所が毎日の気象観測気球の打ち上げに依存しています。
高層大気の状態を知らずに天気を予測することはほぼ不可能です。海面では晴れて静かかもしれませんが、高度 18,000 フィート (5,486 メートル) では、弱い暴風雨がすぐにさらに危険なものに変わる可能性があります。気象学者は、定期的に気球飛行隊を派遣して上層大気の状態を測定することで、起こりつつある嵐を監視することができます。
1世紀前、科学者は地上での測定から天気を予測することしかできませんでした。このように限られたデータセットを使用して、気象学者ができる最善のことは、数時間先の天気を予測することです。しかし、気象観測気球を使えば、科学者は数日前から気象条件を計画することができます。
この情報はジョギング者を雨から守るだけでなく、命を救います。高地の気象データは、竜巻、雷雨、鉄砲水などの今後の自然災害を予測するために重要です。気象観測用気球のおかげで、当局は気象災害が発生する数時間前に物資や救急隊員を被災地に急行させることができます。
模型ロケットやラジコン飛行機と同様に、気象観測用気球もホビー市場に参入しています。 2009年、マサチューセッツ工科大学の科学者オリバー・イェー氏とジャスティン・リー氏は、気象観測用気球、クーラー、携帯電話、デジタルカメラを使って、150ドル未満で地球の高高度写真を撮影した。
すぐに、他の愛好家たちが独自の近宇宙カメラを組み立てるようになりました。もちろん、イェーとリーは、成層圏に物体を打ち上げることは危険である可能性があると警告しています。適切なパラシュートが装備されていない場合、アマチュア気象気球が都市部に落下すると、致命的な飛翔体になる可能性があります。風船は、通過する旅客機のジェットエンジンに吸い込まれ、大惨事を引き起こす可能性もあります。独自の高高度科学プロジェクトの構築を開始する場合は、適切な予防措置をすべて遵守するようにしてください。
特別に設計された高高度気球も、 NASAによって近宇宙実験を行うために頻繁に使用されています。流星群の間、高高度の気球は、通過する宇宙の岩石によって放出される宇宙塵を集めることができます。ロケット打ち上げ前に NASA 施設周辺の気象状況を監視するために、ビーチボールサイズの「スマート」気球が打ち上げられました 。 NASAは、火星の周囲の大気を調査するために高高度に気球を飛ばすことさえ検討している。
次のページでは気象観測気球の構成要素を詳しく見ていきます。
気球体験
なぜラジオゾンデを楽しむ必要があるのでしょうか? 1982 年 7 月、トラック運転手のラリー・ウォルターズは、ロサンゼルスから飛び立ち、砂漠の上を風の流れに乗ってロッキー山脈に安全に眠るという目標を掲げ、42 個の気象気球を芝生椅子に結び付けました。しかし、気球にはウォルター氏が想定していた以上の揚力があり、数分以内に彼の空飛ぶ芝生椅子は寒い 16,000 フィート (4,879 メートル) まで上昇しました。幸いなことに、ウォルターズさんはエアガンを積んでいたため、風船をいくつか飛ばし、カリフォルニア州ロングビーチの裏庭に安全に降下することができた。
気象観測気球のコンポーネント
時々、アメリカ人の住宅所有者が目を覚ますと、裏庭に使用済みの気象観測用気球が落ちているのを見つけることがあります。ボロボロのネオプレン片、もつれたコード、しわくちゃのシュート、そして小さな段ボール箱など、奇妙な光景だ。気象観測用気球が地球外宇宙船とよく間違われるのも不思議ではありません。
アセンブリ全体の中核となるコンポーネントはラジオゾンデです。ラジオゾンデは、靴箱ほどの大きさの段ボール箱に、次の 3 つの基本的な大気観測機器が詰め込まれています。
- サーミスター。セラミックで覆われた金属棒で、初歩的な温度計として機能します。
- ハイグリスト。湿度センサーとして機能する小さなスライド。スライドは塩化リチウム (LiCl) の膜でコーティングされており、その電気抵抗は周囲の湿度に応じて変化します。
- アネロイド気圧計。空気が満たされた空気圧を測定する小さな金属製の器具。高高度で周囲の気圧が低下すると、キャニスターが膨張してセンサーが作動します。
ラジオゾンデには、3 つの機器すべてからのデータを地上の受信機に中継するための低出力無線送信機も備えています。小さなバッテリーがラジオゾンデに電力を供給します。
ラジオゾンデの利点は、科学者が気象データを取得するために装置を取り出す必要がないことです。 1920 年代と 30 年代、気象学者が凧や航空機を使用して高層大気の気象データを測定していたとき、専門家は航空機が着陸するか凧が巻き取られるまで、気象の計算を開始するのを待たなければなりませんでした。
アセンブリ全体を持ち上げているのは、合成ゴムであるネオプレンで作られた大きな風船です。気球には、個々の発射ステーションの好みに応じてヘリウムまたは水素が充填されます。水素は安価で、揚水能力が高く、水から簡単に抽出できます。しかし、水素は非常に可燃性でもあるため、爆発を恐れる多くの気象観測所が代わりにヘリウムを採用するようになりました。
完全な気象観測気球の組み立てには、合計で約数百ドルかかります。一方、高高度ロケットは、1回の飛行に数十万ドルの費用がかかる場合があります。高高度の航空機飛行であっても、1 時間あたり数千ドルの費用がかかる場合があります。気象観測気球は比較的安価であるため、気象観測気球は 60 年以上にわたって気象データを記録するための頼りになる装置であり続けています。
接近遭遇
非常に多くの気象観測気球が空に群がっているため、宇宙船と間違われる人がいるのは避けられません。最も注目を集めた事件は1947年7月、ニューメキシコ州ロズウェルの軍関係者が「空飛ぶ円盤」の残骸を回収したとの報告で世界を驚かせた。しかしその後、政府の報告書により、その破片はソ連の核実験を監視するために使用された極秘実験用気球のものであることが判明した。
気象観測気球の打ち上げ
オーストラリア中部の孤立した野原で、 NASA職員は、200万ドルのガンマ線望遠鏡を高層大気中に運ぶ巨大なヘリウム風船をゆっくりと膨らませた。平らで乾燥した空気が澄んでいるこの場所は、気球の打ち上げに最適でした。しかし、風船が完全に膨らむ前に、突然の突風が風船を捉え、田園地帯を横切って飛んでいきました。望遠鏡が近くのSUVに衝突し、フェンスを突き破り、492フィート（150メートル）以上離れた山に崩れ落ちる中、乗組員は命からがら逃げた。
気球の打ち上げ中に起こる可能性のある問題は数多くありますが、破壊の痕跡を残すことは明らかに最悪の 1 つです。一方、ほとんどの気象観測気球は問題なく打ち上げられます。米国では、気象観測所には通常、特に風船を膨らませる目的で建てられた敷地内小屋があります。気球の打ち上げを準備するには、技術者はまず気球をノズルに固定し、ヘリウムまたは水素の充填を開始します。それが満たされると、彼はラジオゾンデのバッテリーをテストし、無線機器を調整し、アセンブリ全体をある長さのナイロンコードで取り付けます。
風船がヨガ ボールほどの大きさに膨らんだら、技師は風船を結び、外に出します。樹木や電線、その他の障害物を避けて気球を短い距離を歩き、気球を軽く押し上げるだけです。
気球が浮き始めるとすぐにラジオゾンデが作動し、地上の気象コンピューターにデータを送信します。これらのコンピューターはリアルタイムでデータを 3 次元気象モデルにプロットし、全国の気象観測所に送信します。一方、地上技術者は上昇する気球をレーダー装置で追跡している。上昇する気球の横方向の動きに注目することで、さまざまな高度での風速と風向を計算できます。
気象観測用気球がただ宇宙に浮かぶだけではないのには理由があります。気球が地球から遠ざかると、気球の外側に押し付けられる空気が少なくなります。気球を拘束するための気圧が低下すると、気球内のガスは高度が上昇するにつれて膨張します。ただし、気球の膨張には限界があり、通常はエベレストの約 3 倍にあたる高度 15 マイル (24.1 キロメートル) 以上で破裂します。
ラジオゾンデが単に地球に落下するのを許した場合、下層の人間の居住地に致命的な大混乱を引き起こす可能性があります。そのため、各気象気球には、ラジオゾンデと気球を接続するコードに接続された小さなパラシュートが付いています。気球が上昇するとき、パラシュートは下向きの空気の勢いによって折りたたまれたままになります。しかし、アセンブリが降下し始めると、パラシュートが吹き飛ばされて開き、気球の速度は扱いやすい時速 22 マイル (秒速 9.8 メートル) にまで低下します。
多くの場合、気象観測用気球は、宇宙に近いところに行った後、ただのゴミになってしまいます。気球が特に強い突風にさらされると、数百マイルを飛行し、湿地帯から雪を頂いたロッキー山脈の頂上まで、あらゆる場所に着陸する可能性があります。米国で毎日打ち上げられる約 200 個の気象観測用気球を回収するためにヘリコプターを派遣するのは、まったく予算にありません。
ただし、各ラジオゾンデの中には、切手が支払われた大きな封筒が入っています。古い気象観測用気球を見つけたら、封筒に入れて郵便受けに投函すれば、数日後に再び飛行できるよう国立気象局に返却されます。
キラーバルーン
第二次世界大戦末期、日本軍は気象気球の底に爆弾を縛り付け、カナダと米国に向けて飛ばした。日本側は、気球が山火事と致命的な爆発の波を引き起こし、アメリカ軍の太平洋横断の前進を遅らせるだろうと考えた。日本のプロパガンダは、気球によってアメリカ人1万人が死亡したと報じたが、実際に引き起こされた騒乱は6人が死亡しただけだった。
