Balony w służbie nauki

Nie tylko gorące powietrze

Jacques Alexandre César Charles urodził się w 1746 roku. Razem z braćmi Robert – Anne-Jeanem i Nicolaus-Luisem – wypuścił w sierpniu 1783 roku pierwszy balon napełniony wodorem. Był to balon bezzałogowy, lecz ta udana próba umożliwiła pierwszy lot balonu wodorowego z ludźmi na pokładzie. Odbyło się to w grudniu tego samego roku, a pasażerami-pilotami byli sami konstruktorzy: Charles i Nicolaus-Luis Robert.

Ponad dwugodzinny lot przebiegł bez przeszkód, a pionierzy wznieśli się na 550 m, po czym łagodnie wylądowali 36 km od miejsca startu, prawie dokładnie o zachodzie Słońca. Entuzjazm Charlesa sprawił, że ten zdecydował się na natychmiastowy powtórny lot, tym razem już samodzielny. Mniej obciążony balon wzniósł się błyskawicznie na ok. 3 km, co umożliwiło Charlesowi spędzenie jeszcze kilku chwil w promieniach zachodzącego Słońca, lecz okupione to zostało silnym bólem ucha spowodowanym powstającą gwałtownie podczas wznoszenia nierównowagą między ciśnieniem powietrza w kanale słuchowym i na zewnątrz.

Balony wodorowe zyskały sobie na jego cześć przydomek Charlière (a te na gorące powietrze to tzw. Montgolfière), a choć sam Charles już do latania nie powrócił, to dalej rozwijał różne konstrukcje latające, w tym pierwszy sterowiec.

Stworzył też lub ulepszył wiele urządzeń i przyrządów, lecz w nauce zapisał się – przede wszystkim – jako pierwszy badacz, który sformułował prawo wiążące objętość i temperaturę gazów pod stałym ciśnieniem. To prawo – zwane “prawem Charlesa” lub “prawem objętości” – stwierdza, że iloraz objętości i temperatury jest (w warunkach stałego ciśnienia) stały. Prawo to ma wielkie znaczenie również w baloniarstwie, i to zarówno dla Montgolfière’ów jak i Charlière’ów.

Z góry widać lepiej

Dokładnie 178 lat później urodził się Audouin Charles Dollfus. Jego pasją była astronomia, i to ta tradycyjna, polegająca na obserwacjach wzrokowych (i fotograficznych) i to dotyczących głównie obiektów Układu Słonecznego. Rozwinął szereg technik, w tym badania polaryzacji, co umożliwiło mu określenie prawdopodobnego składu pyłu (regolitu) marsjańskiego oraz badania atmosfer planetarnych (i księżycowych). Sporządził on również dokładną mapę Merkurego oraz odkrył jeden z księżyców Saturna.

Większość obserwacji przeprowadził z obserwatorium Pic du Midi w Pirenejach, lecz część z nich odbyła się w bardzo nietypowy jak na astronoma sposób, bo z balonu. Dollfus odbył kilka lotów, podczas których zdołał przeprowadzić cenne obserwacje astronomiczne.

W 1954 roku na wysokości 7 km starał się zebrać dane mogące rozstrzygnąć kwestię obecności pary wodnej w marsjańskiej atmosferze, a 5 lat później podobne obserwacje prowadził dla Księżyca, tym razem na wysokości ok. 14 km. Przeprowadził również pierwsze obserwacje Słońca ponad najgęstszą częścią troposfery, a przy okazji takich badań pobił kilka balonowych rekordów.

Dlaczego obserwacje z góry (dosłownie z górskiego szczytu, ale lepiej z balonu czy samolotu, a najlepiej ze stacji kosmicznej) są tak ważne? Ziemska atmosfera blokuje znacznie pewne kolory światła (fale E-M o pewnych długościach), a te które dochodzą do powierzchni mają zaburzone kierunki (powierzchnie fazowe), co powoduje migotanie obrazu i uniemożliwia (a przynajmniej znacznie utrudnia) dokładne obserwacje, nawet jeśli ma się do dyspozycji potężny teleskop.

Od czasów Dollfusa przeprowadzono wiele obserwacji astronomicznych z balonów i samolotów, a wreszcie z przestrzeni kosmicznej. Nauczono się też radzić sobie z zaburzeniami kierunków rozchodzenia się światła jakie wprowadza ziemska atmosfera, choć problem pochłaniania przez atmosferę pewnych składowych światła jest i będzie nie do rozwiązania i pewne obserwacje muszą być prowadzona z przestrzeni kosmicznej. Tego typu niemożliwe do przeprowadzenia z Ziemi obserwacje prowadzi m.in. teleskop Herschela (Herschel Space Observatory), nazwany na cześć Friedricha Wilhelma Herschela (obchodzimy jego urodziny zaledwie 3 dni po urodzinach francuskich uczonych-baloniarzy).

Badania near space dzisiaj

Niech ten wpis o listopadowych rocznicach urodzin wielkich uczonych i pionierów aeronautyki będzie jednocześnie zaproszeniem na 5. edycję konferencji “Near Space”, poświęconą badaniom ziemskiej atmosfery i bliskiej przestrzeni okołoziemskiej, badaniom głównie satelitarnym, lecz również balonowym. Tym razem konferencja odbędzie się on-line 21 listopada.

Strona konferencji “Near Space”

Zdj. w tekście: Profil FB konferencji “Near Space” 

Bibliografia: 

1. Jacques Alexandre Charles [online]. Wikipedia : wolna encyklopedia,2019-10-09 07:38Z [dostęp:2020-11-12]. Dostępny w Internecie: //pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Jacques_Alexandre_Charles&oldid=57698678
2. Audouin Dollfus [online]. Wikipedia : wolna encyklopedia,2020-01-18 17:43Z [dostęp:2020-11-12]. Dostępny w Internecie: //pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Audouin_Dollfus&oldid=58560648
3. Seeing [online]. Wikipedia : wolna encyklopedia,2016-04-12 05:50Z [dostęp:2020-11-12]. Dostępny w Internecie: //pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Seeing&oldid=45530066
4. Okno optyczne [online]. Wikipedia : wolna encyklopedia,2017-01-21 10:48Z [dostęp:2020-11-12]. Dostępny w Internecie: //pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Okno_optyczne&oldid=48268634