Udforskningen af himlens struktur II.

For at komme frem til de nøjagtige vind og højdemålinger sporede Teisserenc de Borts assistenter ballonerne ved hjælp af to teodolitter, som er landmålingsinstrumenter til bestemmelse af lodrette og vandrette vinkler ved hjælp af en kikkert. Synkroniserede sigtninger hvert 60. sekund bevirkede, at observatørerne var i stand til at beregne ballonernes bane ved triangulation, indtil ballonerne forsvandt i skyerne. Ud fra disse informationer kunne de finde frem til, hvor de skulle lede efter de nedfaldne instrumenter. Over havet sporede man ballonerne med en sekstant. Her var det nemmere at finde den sprængte lodningsballon, fordi den virkede som et drivanker og førerballonens røde striber viste, hvor den var.

Teisserenc de Bort konstruerede ligeledes en indretning, der kun vejede 1/z kilo, til sin lodningsballon. Den rummede et barometer til måling af trykket og herudfra højden, et hygrometer til måling af luftfugtigheden og et termometer. Da blæk fryser ved store højder, hvor temperaturen kan falde til  75 ° C, udstyredes instrumenterne med spidse metalstifter. som tegnede på en langsomt roterende, sværtet aluminiumsvalse, der blev drevet af et urværk. Til søs blev registreringerne ætset ned i kobber med penne dyppet i svovlsyre, så resultatet ikke kunne vaskes bort.

De oplysninger, som Teisserenc de Bort fik fra sine sindrige instrumenter og teknikker, var en udfordring til den sunde fornuft. I århundreder havde man antaget, at temperaturen faldt støt med højden, inden atmosfæren gik over i den iskolde tomhed i det interplanetariske rum. Nogle få målinger udført fra ubemandede balloner var ganske vist gået på tværs af de gængse opfattelser, men de fleste videnskabsmænd gav mangelfulde instrumenter skylden herfor. Teisserenc de Bort fandt beviser for, at den gamle opfattelse var forkert, men i stedet for at affærdige den fortsatte han ihærdigt med at undersøge uoverensstemmelsen med nye målinger.

Den 28. april 1902 kunne han over for det franske Videnskabernes Selskab præsentere resultaterne af et usædvanligt 3årigt forskningsprogram, som bl.a. havde bestået i 236 ballonpejlinger op til højder mellem 10 og 15 km. Hans data fjernede enhver tvivl om, at temperaturen i atmosfæren ikke aftager med højden i det uendelige, men udjævnes i en højde af omkring 11 km over jordoverfladen. Da der ikke eksisterede temperaturforskelle, ville der ikke være luftbevægelser i denne øvre region. Herudfra konkluderede Teisserenc de Bort, at luftarternes forskellige bestanddele på grund af manglende vind og konvektionsstrømme ville lejre sig i bestemte lag med de tungere luftarter neden under de lettere.

Ligesom Robert Boyle 250 år tidligere havde hævdet, at luften var opbygget af forskellige gasser, fremførte Teisserenc de Bort nu, at atmosfæren havde adskilte zoner med karakteristiske kendetegn, og han gav dem særlige betegnelser. Området under 12 kilometers højde, hvor temperaturforskellene skaber vinde og turbulens, kaldte han for troposfæren ud fra det græske ord tropos, som betyder vending. Atmosfæren over troposfæren, hvor han forventede at finde lag af forskellige gasser, kaldte han stratosfæren. Han havde uret med hensyn til stratosfærens størrelse og sammensætning, men hans betegnelser bruges stadig.

Andre arbejdede videre med hans opdagelse, at grænselaget mellem troposfæren og stratosfæren, tropopausen, i virkeligheden dannede en slags loft over Jordens vejrlig. Når luftmasser opvarmes nær ved Jordens overflade og stiger op gennem troposfæren som følge af varmestrømning eller konvektion, udvides de og afkøles på samme måde som frigjort luft fra en dåse, der har været under tryk. Også i troposfæren falder temperaturen i atmosfæren, som omgiver luftmasserne, med højden, simpelt hen fordi den bliver opvarmet nedefra ved den solenergi, der genudstråles fra Jorden. Så længe den opadstigende luft er varmere end den omgivende luft, fortsætter konvektionen. I tropopausens ensartede temperatur er de opadstigende luftmasser ikke varmere end omgivelserne og kommer ikke længere. Som følge heraf standses skyer, der dannes lodret ved varmeopstrømning, næsten altid ved tropopausen. En af virkningerne er de flade amboltskydannelser oven over et sommertordenuvejr.

Tilstedeværelsen af denne temperaturinversion, som er betegnelsen for et luftlag, hvori temperaturen stiger med højden, hænger sammen med, at Jorden og dens atmosfære absorberer energi fra Solen og sender den tilbage til rummet. Ar 1800 havde den britiske astronom Sir William Herschel påvist, at der indgår mere i denne proces end blot det synlige lys. Herschel stak et termometer igennem et prismes farvespektrum og konstaterede, at temperaturen steg, når han flyttede fra violet til gult og derefter til rødt. Det var i sig selv ikke overraskende, men når han flyttede termometret forbi det røde, steg temperaturen yderligere. Der udstrålede en usynlig energi herfra, og Herschel antog, at den skyldtes, hvad vi betegner som infrarøde stråler, dvs. uden for de røde.

At der indgik endnu mere i denne proces påvistes flere årtier senere af en af kæmperne inden for 1800tallets naturvidenskab, den skotske matematiker og fysiker James Clerk Maxwell. Han påviste, at elektricitet altid er ledsaget af magnetisme og omvendt, og at en elektrisk strøm frembringer et tilsvarende magnetfelt med svingninger ligesom strømmen, og som udbredes ud fra den. Heraf sluttede han, at de elektriske og de magnetiske svingninger i virkeligheden er det samme fænomen. Som gruppe betegnede han dem elektromagnetiske bølger. Maxwell fastslog, at disse bølger stort set bevægede sig med samme hastighed som lyset. Da de sammenfaldende hastigheder nok ikke skyldtes nogen tilfældighed, kom han til det resultat, at lys måtte være en elektromagnetisk bølge udsendt fra Solen. Selv om det i sig selv var en revolutionerende tanke, gik Maxwell endnu videre.

Han sagde, at det synlige lys blot er en del af en familie af elektromagnetiske bølgeformer, der udstråler fra Solen med lysets hastighed. De er kun forskellige med hensyn til bølgelængde og frekvens. Infrarødt lys er en usynlig udstråling, hvis bølger er lidt længere end det synlige lys' bølger. På den anden side af det synlige spektrum findes ultraviolette stråler med kortere bølger. Maxwell gik ud fra, at der både måtte eksistere længere og kortere bølger.