Wat de dna-kaart is voor de levenswetenschapper, dat is de geoïde voor aardwetenschappers. De Simon Stevin-lezing staat dit jaar in het teken van een bijzonder ruimte-experiment dat onder meer moet vertellen of we al een nieuwe ijstijd kunnen verwachten.
Share
/strong>
Hoe je het ook bekijkt, een idioot experiment blijft het. Neem twee satellieten, en laat ze elkaar op amper tweehonderd kilometer afstand van elkaar achtervolgen terwijl ze als een gek rondjes draaien om de aarde. Zorg ervoor dat de achterste satelliet ieder beweginkje van de voorste in de gaten houdt, tot op de duizendste millimeter nauwkeurig. Wat zo’n achtervolging oplevert? Een heuse kennisrevolutie, is de alom geventileerde verwachting. En dan nog wel in tientallen wetenschapstakken tegelijk.
Zwaartekracht is waar het allemaal om draait. Niet iedereen beseft het, maar op de Rocky Mountains wegen we ietsje meer dan in Nederland. Omdat de massa op en vooral in de planeet ongelijk is verdeeld, verschilt de zwaartekracht van plaats tot plaats. Bovendien sleuren de roerige geofysische en getijdekrachten waaraan onze planeet onderhevig is voortdurend ontzaglijke hoeveelheden massa heen en weer, zoals ondergronds magma en zeewater. Vooral op zee zijn de zwaartekrachtverschillen merkbaar: de zwaartekracht duwt enorme deuken en bulten in het zeeoppervlak. Een schip ten zuiden van India ligt gemiddeld zo’n tweehonderd meter lager dan een schip dat bij Indonesië op de zeespiegel dobbert.
Dat zou allemaal tot daar aan toe zijn, ware het niet dat de hobbelige zwaartekrachtstructuur van onze planeet het bestuderen van allerlei natuurverschijnselen ernstig bemoeilijkt. Water stroomt immers in principe het liefst naar de plek met de meeste zwaartekracht. Wie de zee wil modelleren, of het klimaat, of de aardkorst, heeft er dan ook rekening mee te houden dat de zwaartekracht op iedere plaats iets anders uitpakt. Het belangrijkste hulpmiddel is hier de zogeheten ‘geoïde’: het nulniveau waarop de zeespiegel in theorie zou staan als er geen stroming, temperatuurverschil en wind zouden zijn. Lijkt de planeet van een afstandje nog op een afgeplatte bol, de geoïde van de aarde lijkt eerder op een lekke strandbal, vol deuken en bobbels.
Gravimeter
Al vele decennia lang probeert de wetenschap daarom zo goed en zo kwaad als dat gaat greep te krijgen op de zwaartekrachtkaarten van de aarde. Met de ‘gravimeter’, een soort geavanceerde weegschaal, met waterpasmetingen, GPS en meer recent door goed te kijken naar op- en neergaande bewegingen van satellieten. Maar van de truc met de twee elkaar achtervolgende satellieten wordt toch eventjes wat meer verwacht. Het Gravity Recovery and Climate Experiment, kortweg ‘Grace’, moet de zwaartekrachtkaarten minstens honderd keer zo precies maken. De voorste satelliet is eigenlijk een naald die het zwaartekrachtveld van de aarde aftast; de achterste de detector die de metingen doet.
En, belangrijker nog: iedere maand levert Grace weer een nieuwe, gedetailleerde zwaartekrachtkaart af. Daarmee zou het experiment ook massaverschuivingen in beeld moeten brengen. Het achtervolgingsexperiment zou iedere verschuiving groter dan 2,8 miljard ton moeten zien. Dat lijkt veel, maar in praktijk komt het erop neer dat Grace in theorie al het zwaartekrachteffect kan zien van de overstroming die de afgelopen zomer door Duitsland spoelde.
Het is niet toevallig dat de TU op de technologiedag Grace-hoofdonderzoeker Christoph Reigber als eregast over de vloer krijgt. Delftse geodeten zijn al decennialang prominent aanwezig in het onderzoek naar geoïden % niet in de laatste plaats omdat ons platte, onder de zeespiegel liggende land zich aardig leent voor geoïde-onderzoek. Zeer veel voorwerk voor Grace en verwante satellietexperimenten is in Delft verricht. ,,Die inspanningen beginnen zich nu terug te verdienen”, zegt prof.dr. Roland Klees (fysische geodesie). ,,Ik zie het als een revolutie van het hele vakgebied.”
Ook andere wetenschapstakken hopen te profiteren van Grace. De olie-industrie kan uit de zwaartekrachtcijfers wellicht opmaken of er zich nog ergens nieuwe olievelden bevinden. Militairen en raketdeskundigen verwachten dat ze de gegevens kunnen gebruiken om de banen van langeafstandsraketten nauwkeuriger te berekenen. Andere aardwetenschappers verwachten dat het experiment een schat van gegevens zal opleveren over de dynamiek van de aardkorst en het gedrag van magma en ondergrondse waterreservoirs.
IJskappen
Maar de klimatologie en de oceanologie lijken het meest gebaat bij Grace. Het experiment moet onderzoekers in staat stellen de ‘ruis’ van de zwaartekrachtverschillen nog beter weg te cijferen uit de modellen, zodat duidelijk wordt welke beweging wordt veroorzaakt door de zwaartekracht en welke door de zeestromingen zelf. Dat zou inzicht bieden in zulke uiteenlopende zaken als de smeltsnelheid van de ijskappen, het gedrag van diepzeestromingen en eventuele veranderingen in bodemvochtigheid.
Ook best handig om te weten: of Europa binnenkort wordt ondergedompeld in een nieuwe ijstijd. Volgens de meer onplezierige prognoses wordt de Golfstroom, de transatlantische stroming die Europa van warm water voorziet, namelijk steeds meer uitgedoofd door smeltwater van de Zuidpool. Alweer een kwestie waarover Grace uitsluitsel moet geven.
Reigber komt langs op het moment suprème. Vorige maand nog liet het Duits-Amerikaanse team dat Grace afgelopen maart de lucht inschoot weten dat alle instrumenten naar behoren werken en dat het satellietenpaar klaar is om in actie te komen. Sterker nog, Grace had in twee weken proefdraaien al meer gegevens opgeleverd dan alle andere zwaartekrachtmetingen in dertig jaar, zo voegde de organisatie daar als lekkermakertje aan toe. Vanaf een dezer weken is de datastortvloed die Grace uitspuwt publiekelijk te raadplegen via internet.
Langer dan een jaar of vijf zal het onderzoeksfeest overigens niet duren. In 2007, zo is de verwachting, zullen de twee satellieten terugstorten naar de aarde. Overwonnen door, inderdaad, de zwaartekracht. Maar niet getreurd: voor 2006 staat alweer een volgende satellietmissie op stapel.
Technologiedag 2002. Focus: aarde. Op zaterdag 9 november in de aula. Aanvang: 10.00 uur. Meer info: www.technologiedag.tudelft.nl
Wat de dna-kaart is voor de levenswetenschapper, dat is de geoïde voor aardwetenschappers. De Simon Stevin-lezing staat dit jaar in het teken van een bijzonder ruimte-experiment dat onder meer moet vertellen of we al een nieuwe ijstijd kunnen verwachten.
Hoe je het ook bekijkt, een idioot experiment blijft het. Neem twee satellieten, en laat ze elkaar op amper tweehonderd kilometer afstand van elkaar achtervolgen terwijl ze als een gek rondjes draaien om de aarde. Zorg ervoor dat de achterste satelliet ieder beweginkje van de voorste in de gaten houdt, tot op de duizendste millimeter nauwkeurig. Wat zo’n achtervolging oplevert? Een heuse kennisrevolutie, is de alom geventileerde verwachting. En dan nog wel in tientallen wetenschapstakken tegelijk.
Zwaartekracht is waar het allemaal om draait. Niet iedereen beseft het, maar op de Rocky Mountains wegen we ietsje meer dan in Nederland. Omdat de massa op en vooral in de planeet ongelijk is verdeeld, verschilt de zwaartekracht van plaats tot plaats. Bovendien sleuren de roerige geofysische en getijdekrachten waaraan onze planeet onderhevig is voortdurend ontzaglijke hoeveelheden massa heen en weer, zoals ondergronds magma en zeewater. Vooral op zee zijn de zwaartekrachtverschillen merkbaar: de zwaartekracht duwt enorme deuken en bulten in het zeeoppervlak. Een schip ten zuiden van India ligt gemiddeld zo’n tweehonderd meter lager dan een schip dat bij Indonesië op de zeespiegel dobbert.
Dat zou allemaal tot daar aan toe zijn, ware het niet dat de hobbelige zwaartekrachtstructuur van onze planeet het bestuderen van allerlei natuurverschijnselen ernstig bemoeilijkt. Water stroomt immers in principe het liefst naar de plek met de meeste zwaartekracht. Wie de zee wil modelleren, of het klimaat, of de aardkorst, heeft er dan ook rekening mee te houden dat de zwaartekracht op iedere plaats iets anders uitpakt. Het belangrijkste hulpmiddel is hier de zogeheten ‘geoïde’: het nulniveau waarop de zeespiegel in theorie zou staan als er geen stroming, temperatuurverschil en wind zouden zijn. Lijkt de planeet van een afstandje nog op een afgeplatte bol, de geoïde van de aarde lijkt eerder op een lekke strandbal, vol deuken en bobbels.
Gravimeter
Al vele decennia lang probeert de wetenschap daarom zo goed en zo kwaad als dat gaat greep te krijgen op de zwaartekrachtkaarten van de aarde. Met de ‘gravimeter’, een soort geavanceerde weegschaal, met waterpasmetingen, GPS en meer recent door goed te kijken naar op- en neergaande bewegingen van satellieten. Maar van de truc met de twee elkaar achtervolgende satellieten wordt toch eventjes wat meer verwacht. Het Gravity Recovery and Climate Experiment, kortweg ‘Grace’, moet de zwaartekrachtkaarten minstens honderd keer zo precies maken. De voorste satelliet is eigenlijk een naald die het zwaartekrachtveld van de aarde aftast; de achterste de detector die de metingen doet.
En, belangrijker nog: iedere maand levert Grace weer een nieuwe, gedetailleerde zwaartekrachtkaart af. Daarmee zou het experiment ook massaverschuivingen in beeld moeten brengen. Het achtervolgingsexperiment zou iedere verschuiving groter dan 2,8 miljard ton moeten zien. Dat lijkt veel, maar in praktijk komt het erop neer dat Grace in theorie al het zwaartekrachteffect kan zien van de overstroming die de afgelopen zomer door Duitsland spoelde.
Het is niet toevallig dat de TU op de technologiedag Grace-hoofdonderzoeker Christoph Reigber als eregast over de vloer krijgt. Delftse geodeten zijn al decennialang prominent aanwezig in het onderzoek naar geoïden % niet in de laatste plaats omdat ons platte, onder de zeespiegel liggende land zich aardig leent voor geoïde-onderzoek. Zeer veel voorwerk voor Grace en verwante satellietexperimenten is in Delft verricht. ,,Die inspanningen beginnen zich nu terug te verdienen”, zegt prof.dr. Roland Klees (fysische geodesie). ,,Ik zie het als een revolutie van het hele vakgebied.”
Ook andere wetenschapstakken hopen te profiteren van Grace. De olie-industrie kan uit de zwaartekrachtcijfers wellicht opmaken of er zich nog ergens nieuwe olievelden bevinden. Militairen en raketdeskundigen verwachten dat ze de gegevens kunnen gebruiken om de banen van langeafstandsraketten nauwkeuriger te berekenen. Andere aardwetenschappers verwachten dat het experiment een schat van gegevens zal opleveren over de dynamiek van de aardkorst en het gedrag van magma en ondergrondse waterreservoirs.
IJskappen
Maar de klimatologie en de oceanologie lijken het meest gebaat bij Grace. Het experiment moet onderzoekers in staat stellen de ‘ruis’ van de zwaartekrachtverschillen nog beter weg te cijferen uit de modellen, zodat duidelijk wordt welke beweging wordt veroorzaakt door de zwaartekracht en welke door de zeestromingen zelf. Dat zou inzicht bieden in zulke uiteenlopende zaken als de smeltsnelheid van de ijskappen, het gedrag van diepzeestromingen en eventuele veranderingen in bodemvochtigheid.
Ook best handig om te weten: of Europa binnenkort wordt ondergedompeld in een nieuwe ijstijd. Volgens de meer onplezierige prognoses wordt de Golfstroom, de transatlantische stroming die Europa van warm water voorziet, namelijk steeds meer uitgedoofd door smeltwater van de Zuidpool. Alweer een kwestie waarover Grace uitsluitsel moet geven.
Reigber komt langs op het moment suprème. Vorige maand nog liet het Duits-Amerikaanse team dat Grace afgelopen maart de lucht inschoot weten dat alle instrumenten naar behoren werken en dat het satellietenpaar klaar is om in actie te komen. Sterker nog, Grace had in twee weken proefdraaien al meer gegevens opgeleverd dan alle andere zwaartekrachtmetingen in dertig jaar, zo voegde de organisatie daar als lekkermakertje aan toe. Vanaf een dezer weken is de datastortvloed die Grace uitspuwt publiekelijk te raadplegen via internet.
Langer dan een jaar of vijf zal het onderzoeksfeest overigens niet duren. In 2007, zo is de verwachting, zullen de twee satellieten terugstorten naar de aarde. Overwonnen door, inderdaad, de zwaartekracht. Maar niet getreurd: voor 2006 staat alweer een volgende satellietmissie op stapel.
Technologiedag 2002. Focus: aarde. Op zaterdag 9 november in de aula. Aanvang: 10.00 uur. Meer info: www.technologiedag.tudelft.nl
Comments are closed.