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Deshalb verbrannte er eine Mischung aus feuchtem Stroh und kleingeschnittener Wolle, was vielversprechend stank. Nach einem zu Hause angestellten erfolgreichen Experiment mit einem kleinen Ballon führte Joseph seine Erfindung seinem Bruder Etienne vor, der sich sofort von seiner Begeisterung für dieses aerostatische Projekt anstecken ließ.
Sie bauten gemeinsam einen größeren Ballon, füllten ihn mit Rauch und beobachteten gespannt und fasziniert, wie er allmählich etwa 20 Meter hoch aufstieg, bevor der Rauch abkühlte (die Brüder nahmen zweifelsohne an, er sei lediglich entwichen), so das der Ballon wieder langsam zur Erde herabsank.
In den ersten Monaten des Jahres 1783 verbesserten die Brüder Montgolfier ihre Erfindung, probierten verschiedene Kombinationen aus Stoff und Papier für Ballonhüllen aus, steigerten deren Volumen und sahen ihre unbemannten Ballone immer größere Höhen erreichen - bis zu 300 Meter.
Im Juni 1783 bauten sie ihren bisher größten Ballon - eine mit Papier ausgeschlagene starke Leinenhülle, die 33,5 Meter Umfang und ein Volumen von 625 Kubikmetern hatte - und luden die Bevölkerung sowie die Vertreter der Landstände von Vivarais zu einem Ballonaufstieg von einem Feld in der Nähe des Marktplatzes von Annonay ein.
Das Ergebnis erfüllte alle Erwartungen der Montgolfiers: Der heiße Rauch eines großen Feuers verwandelte die gewichtigen Stoff- und Papiermassen in eine riesige schwankende Kugel, die von acht schwitzenden Männern, die einen unten angebrachten quadratischen Holzrahmen umklammerten, festgehalten wurde.
Auf Joseph Montgolfiers Zeichen hin ließen die Helfer den Ballon los, der vor dem verblüfften Publikum bis auf eine Höhe von etwa 2000 Metern stieg. Dort schwebte er elegant ungefähr zehn Minuten lang, bevor er etwa zweieinhalb Kilometer vom Aufstiegsort sanft niederging. Die Leistung der Brüder Montgolfier fand augenblicklich Anerkennung. Die Nachricht von ihrem erstaunlichen Erfolg gelangte aus der Provinz rasch nach Paris, der geistigen und kulturellen - sowie der politischen Hauptstadt Frankreichs, und löste eine Flut von Erfindungen aus, durch die binnen kurzem die Aerostatik als Wissenschaft begründet wurde, die nun erforschte, wie ein Ballon zum Steigen oder Sinken zu bringen oder im Gleichgewicht zu halten sei.
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