Je leest:

GOCE levert eerste zwaartekrachtkaart

GOCE levert eerste zwaartekrachtkaart

Auteur: | 30 december 2009

ESA-satelliet GOCE (Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer) werd in maart 2009 gelanceerd om nauwkeuriger dan ooit het zwaartekrachtveld van de aarde in kaart te brengen. De eerste resultaten zien er mooi uit.

De zwaartekracht op aarde, zo leren we op school, geeft aan een vallend voorwerp een versnelling van 9,8 m/s2. Maar dat getal is niet helemaal constant: zo trekt de aarde op de polen iets harder dan rond de evenaar. Het gaat daarbij om cijfers achter de komma, maar toch is het van belang om precies te weten hoe het zwaartekrachtveld van de aarde eruit ziet. Je kunt er namelijk mee berekenen hoe de aarde er van binnen uitziet. Ook natuur- en klimaatverschijnselen, zoals het ontstaan van vulkaanuitbarstingen en het smelten van de ijskap, zijn te bestuderen door het zwaartekrachtveld van onze planeet heel precies te besnuffelen. Dat is precies wat de Europese satelliet GOCE nu al sinds september doet.

ESA

Rode en blauwe vlekken

De ultieme kaart van het gravitatieveld van de aarde is nog niet klaar, maar de eerste resultaten laten duidelijk zien dat GOCE zijn werk goed doet. De rode en blauwe vlekken op de wereldkaart hierboven zijn de plaatsen waarop GOCE een iets andere waarde voor het zwaartekrachtveld heeft gevonden dan we tot nu toe aannamen. Op de rode vlekken trekt de aarde voorwerpen iets sterker aan, en op de blauwe plaatsen juist iets minder. Op deze kaart is te zien dat we het zwaartekrachtveld boven de oceanen al goed kennen, maar dat er boven land nog veel voorheen ongemeten effecten een rol spelen.

  1. GOCE meet op een hoogte van 250 kilometer piepkleine variaties in de aantrekkingskracht van de aarde.
  2. Met die metingen berekent GOCE de vorm van de geoïde: een object waarvan de vorm precies dit zwaartekrachtveld op zou leveren en daarmee de onderliggende vorm van onze planeet.
  3. Op de geoïde is het gravitatieveld constant: een bal die erop ligt zou niet wegrollen.
  4. Als er geen wind en stromingen waren, zou het oppervlak van de oceanen de geoïde precies volgen.
  5. Daarom kunnen we het gedrag van de oceaan bestuderen door het waterniveau met de geoïde te vergelijken.
  6. Kleine veranderingen in de sterkte van het zwaartekrachtveld verraden beweging van magma onder het aardoppervlak.
  7. Door de vorm van de geoïde te bepalen, kan er ook een wereldwijd ‘nulniveau’ worden bepaald. Daarvoor wordt nu vaak het peil van de zeeën en oceanen gebruikt.
  8. Ook het smelten van de ijskap kan door gravitatiemetingen nauwkeurig in de gaten worden gehouden.
ESA

Zwaartekrachtgradiënten

De voorgangers van GOCE, CHAMP en GRACE, konden het zwaartekrachtveld boven de oceanen al heel precies meten. Boven de gevarieerde en grillige landschappen van met name bergketens viel dat ze een stuk lastiger. GOCE heeft een nieuwe techiek aan boord, de satellietgradiometrie, waardoor die moeilijkheden weggewerkt zijn. Deze techniek maakt gebruik van zes versnellingsmeters op verschillende plaatsen in de gestroomlijnde satelliet. De piepkleine verschillen daarin geven ongekend gedetailleerde informatie over de aantrekkingskracht van de aarde op verschillende plaatsen.

  1. GOCE weegt 1100 kilo en is gemaakt van harde materialen. Ook de zonnepanelen zitten onbeweeglijk vast.
  2. Aan de kant van GOCE die naar de zon wijst wordt door zonnepanelen een vermogen van 1300 watt opgewekt. Aan de andere kant kan de overtollige warmte wegstromen.
  3. GOCE is vijf meter lang en slechts één meter in doorsnede. Het gestroomlijnde uiterlijk wordt gecompleteerd door een aantal kleine vinnen, die ervoor zorgen dat de satelliet de luchtarme buitenlaag van de atmosfeer zonder horten en stoten doorklieft.
  4. De zes accellerometers (versnellingsmeters) van GOCE meten de aantrekkingskracht van de aarde met een precisie van één op 10.000.000.000.000.
  5. De ionenmotor van GOCE stoot een pluimje xenonionen uit en zorgt ervoor dat de hoogte van GOCE precies stabiel blijft.
  6. GOCE stuurt zijn metingen naar de basis in Kiruna, Zwede. Vanuit daar wordt het naar Frascati in Italië verstuurd voor verwerking.
  7. Hoewel GPS niet precies genoeg is om de positie van GOCE te bepalen, kan de door GPS-antennes verkregen informatie toch bijdragen aan het welslagen van de missie.
ESA

Extra meevaller

Naast de mooie eerste resultaten hebben de GOCE-onderzoekers een extra meevaller: het blijkt namelijk dat de luchtweerstand die GOCE ondervindt veel minder grillig is dan voorheen werd aangenomen. Aangezien die weerstand de voornaamste reden is dat GOCE zou slijten, denken de onderzoekers dat de satelliet wel vijf jaar mee kan in plaats van de vooraf geschatte twee jaar. De geringe luchtweerstand is waarschijnlijk deels te wijten aan de lage activiteit van de zon.

Omdat het meten van de geoïde niet zo lang hoeft te duren krijgt GOCE er na afloop van die taak nog een klusje bij. Hij zal precieze metingen gaan doen aan de luchtlaag waar hij doorheen vliegt: de thermosfeer, de buitenste laag van de aardatmosfeer. Over de dichtheid van die luchtlaag weten we nog heel weinig – daarvan getuigt de verrassing dat GOCE zo weinig last van luchtweerstand heeft.

Tien miljoen miljoen

Met behulp van de informatie die GOCE tot nu toe heeft verzameld gaat geofysici de vorm van de geoïde construeren. Nieuwe, aanvullende metingen zullen die vorm steeds verder aanscherpen, totdat we van elk punt op aarde met een nauwkeurigheid van één op tien miljoen miljoen weten hoe hard het zwaartekrachtveld aan ons trekt.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 30 december 2009

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.