Je leest:

Belgische zwaartekrachtmeter breekt wereldrecord

Belgische zwaartekrachtmeter breekt wereldrecord

Op bezoek in het ondergrondse laboratorium van de Koninklijke Sterrenwacht van België

Auteur: | 25 oktober 2017
E.Coveliers & Koninklijke Sterrenwacht België

In een laboratorium nabij Membach meet men aardbevingsgolven en zwaartekrachtsvariaties. Sinds 18 september 2017 wordt hier dagelijks een nieuw wereldrecord gevestigd. NEMO Kennislink ging er op bezoek.

Onder de Hoge Venen in België, op een diepte van 48 meter, bevindt zich het laboratorium van Michel Van Camp en zijn onderzoeksgroep. Hier worden aardbevingen uit de hele wereld geregistreerd, en zwaartekrachtsveranderingen in de directe omgeving gemeten. Wellicht is dit laboratorium van de Koninklijke Sterrenwacht van België, nabij het dorpje Membach, binnenkort te vinden in het Guinness Book of Records.

Figure1a
De cryogene gravimeter te Membach in België
E. Coveliers & Koninklijke Sterrenwacht van België

8105 dagen

In de zwaartekrachtmeter van Membach zweeft een supergeleidend hol metalen balletje ter grootte van een pingpongbal. Het wordt in de lucht gehouden door een magnetisch veld, dat op zijn beurt in stand wordt gehouden door een elektrische stroom door twee supergeleidende spoelen.

Sinds een onderzoeker de stroom in de spoelen injecteerde, op 5 augustus 1995, is deze altijd blijven circuleren. Let wel: zonder hulp van buitenaf, er komt geen stopcontact aan te pas. Het balletje zweeft nu(1) al 8105 dagen, en nam daarmee op 18 september de leiding in het klassement.

De Koninklijke Sterrenwacht van België nam het record van de langst werkende cryogene gravimeter (“koudgemaakte zwaartekrachtmeter”) over van een laboratorium in Metsahövi in Finland. Een zwaartekrachtmeter van het Matsushiro Seismological Observatory in Japan hijgt de Belgen in de nek, met een achterstand van drie maanden.

Superthermosfles

“Een lolletje”, noemt Van Camp deze wedstrijd. Echt belangrijk is zo’n record natuurlijk niet, maar het is een goede manier om journalisten naar zijn bijzondere lab te lokken. Om er te komen rijden we achter de friterie van Membach een hobbelig landweggetje in, waarna we uitkomen bij een heuvel met een groene metalen deur. Wie het niet weet, zou hier geen hoogtechnologisch lab vermoeden.

20171012 113830
Michel Van Camp bij de ingang van het ondergrondse laboratorium te Membach
Marlies ter Voorde, voor NEMO Kennislink

Toch is dat precies wat het is. De deur geeft toegang tot een lange gang, met aan het einde de ruimte waar de supergeleidende zwaartekrachtmeter zich bevindt. Het is er warm. “Dat is omdat de gravimeter in een soort koelkast staat”, legt Van Camp uit. “Koelkasten geven warmte af.”

De zwaartekrachtmeter zit in een superthermosfles met daarin helium van -269 graden Celcius, vier graden boven het absolute nulpunt. De kou veroorzaakt de hoge geleiding van de spoelen, die de steeds doorgaande elektrische stroom mogelijk maakt.

Drinkende bomen

De minieme bewegingen van het balletje dat tussen de spoelen zweeft, geven de veranderingen van de zwaartekracht aan. Als het gewicht van de heuvel boven het laboratorium stijgt, bijvoorbeeld omdat het regent, gaat het harder aan het balletje trekken. Het balletje gaat dan omhoog. “Een paar micrometer of zelfs nanometer maar – dat is een miljoenste of zelfs miljardste van een meter”, vertelt Van Camp. Maar dat is genoeg om conclusies te kunnen trekken.

Zo is in de metingen de invloed van de getijden te zien, het verschil tussen de zomer en de winter, en zelfs – als de ruis is weggefilterd – het aanbreken van de dag. “Als de zon opkomt gaan de bomen aan het werk”, zegt Van Camp. “Ze pompen water uit de grond, en laten het uit hun bladeren verdampen.” De Hoge Venen worden dan lichter, en het balletje zakt wat omlaag. Kort geleden (“ik geef je de primeur”, zegt Van Camp) bleek dat zelfs regenbuien uit de signalen te destilleren zijn.

De onderzoekers gebruiken de gravimeter niet alleen voor onderzoeken aan de waterkringloop, maar hopen ook een nauwkeuriger beeld te krijgen van de langetermijnvariaties van de zwaartekracht, veroorzaakt door langzame tektonische bewegingen of klimatologische veranderingen.

Zwaartekrachtsversnelling

De zwaartkrachtsversnelling (g) is 9,81 m/s2, heeft u waarschijnlijk op school geleerd. Maar omdat de massa ongelijk over de aarde verdeeld is, trekt deze niet overal even hard en is g dus niet overal gelijk – al moet je daarvoor verder achter komma kijken dan de schoolboeken doen. Daarnaast varieert g gedurende de tijd.

In het laboratorium van Membach is de zwaartekracht ongeveer 9,81046725 m/s2 – gemeten met een ‘gewone’ zwaartekrachtmeter (in dit geval een gewichtje in een luchtledige ruimte). De supergeleidende zwaartekrachtsmeter is tien tot honderd keer nauwkeuriger, en registreert veranderingen tot een honderdmiljardste van g (dus tot het 11e cijfer achter de komma).

Aardbevingen

De gravimeter mag dan de trots van het lab zijn, de ondergrondse ruimte is ooit aangelegd voor seismologisch onderzoek. Seismometers registreren er langskomende aardbevingsgolven.

“Hier vlak bij is een stuwmeer, het Meer van La Gileppe”, vertelt Van Camp. Begin jaren ’70 verhoogde men de stuwdam en verdubbelde de hoeveelheid water in het meer tot zo’n 25 miljard liter. Dat kan aardbevingen veroorzaken – omdat de druk op het aardoppervlak verandert, en omdat het water, als het in de breuk terecht komt, de wrijving doet afnemen. Riskant, want we bevinden ons in een aardbevingsgebied, al is dat wegens het korte geheugen van de mens niet iedereen bekend. In 1692 was er in Verviers nog een aardbeving met magnitude 6,0. Om die reden besloot de overheid de bewegingen rond het meer goed te registreren.

Het ondergrondse lab staat dan ook vol met seismometers. Sommigen meten hoeveel het aardoppervlak beweegt, anderen registreren de versnelling. Ook varieert de frequentie waar de meters gevoelig voor zijn. “Als jij in een concertzaal zit, hoor je alles tegelijk”, legt Van Camp uit. “De violen, de cello’s, de dwarsfluiten, het hele orkest.” In de aardwetenschappen bestaat echter geen instrument waarmee je alles tegelijk kan registreren. Elk apparaat hoort slechts een deel van het geheel. Ook de supergeleidende gravimeter wordt voor het aardbevingenonderzoek gebruikt, zegt Van Camp. “Maar die is doof voor hoge tonen, die hoort alleen de contrabas.”

Zonnig

Van Camp gaat zijn spullen opruimen. Hij wil nog even naar Rochefort, waar een vergelijkbare maar wat nieuwere gravimeter staat. Die staat in een gat in de grond. “Mijn zoontje van 45 kilo ging eens boven dat gat zitten, en zelfs dat werd geregistreerd!”, zegt Van Camp niet zonder trots. Het is inderdaad geen geringe prestatie. 45 kilo is nagenoeg niks, als je bedenkt dat de massa van de aarde zelf zo’n 6 quadriljoen (een 6 met 24 nullen) kilo bedraagt…

Zelf rijd ik weer naar huis. Het is de eerste mooie herfstdag van deze week, de bladeren lichten rood en geel op in de stralende zon. Het balletje van Membach zal dus een stukje gezakt zal zijn, als hij er straks zijn 8105e dag op heeft zitten.


(1) De 8105 dagen zijn gerekend vanaf de dag dat NEMO Kennislink het lab bezocht. Dat was op 12 oktober 2017.

20171012 114355
De 130 meter lange gang naar het ondergrondse laboratorium van Membach.
Marlies ter Voorde, voor NEMO Kennislink
Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 25 oktober 2017

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.