DTU Space indefra: Sådan finpudses den danske gravitation

Kun det kunstige lys fra loftets lysstofrør oplyser kælderrummet og gør det svært at vurdere, at klokken nærmer sig lidt over ti om formiddagen. Lige så svært er det nok for en udenforstående at forklare, hvorfor en lille håndfuld mennesker har samlet sig i hjørnet af dette lagerrum, hvor DTU Space har fyldt hylde på hylde med alskens feltudstyr.

Som centrum for forsamlingen tårner en knap to meter høj cylinder sig op. Fra den nederste halvdel løber adskillige ledninger i forskellige farver og tykkelser. Et tykt gråt kabel fører højspænding ind i cylinderen, et tyndt blåt fører til en sort boks på gulvet lidt derfra, mens et tredje kabel fører til en tændt bærbar computer, hvor grønne prikker danner en bølgeformet perlerække af datapunkter på en graf.

Men det er hovedsageligt den øverste del af tårnet, der har publikums opmærksomhed. Her følger godt ti sæt øjne, hvordan en lille hejs falder ned gennem det cylindriske kammer for herefter at suse op igen og falde i frit fald på ny.

Hejsen hæver en optisk prisme, der gang på gang falder frit gennem kammerets vakuum og forårsager et nyt grønt datapunkt på computerskærmen for hvert fald. Så fascinationen hos tilskuerne er til at forstå, for de står over for et af verdens mest fintfølende gravimetre, der netop i disse dage måler tyngdeaccelerationen i Danmark:

»Da vi for fire år siden lavede målinger her sidst, var tyngdeaccelerationen 9,81545644 m/s^2. I dag er den kun 9,81545626 m/s^2,« fortæller Andreas Engfeldt til forsamlingen af hovedsageligt geofysikere fra DTU Space.

Andreas Engfeldt er sammen med sin kollega Holger Steffen fra Lantmäteriet, den svenske kortlægningsmyndighed, kommet til Danmark på rutinemæssigt visit med det absolutte gravimeter FG5. Med måledata fra kælderen på DTU Space kan de danske geofysikere få en præcis referenceværdi til vedligeholdelse af det danske præcisionstyngdenet.

Her er de seneste dages målinger afgørende, da kælderen fungerer som referencepunkt for tyngdemålinger landet over. Faldet i tyngdeaccelerationen kunne fejlagtigt have været tolket som, at kælderlokalet har hævet sig, hvis ikke geofysikerne havde vidst bedre.

Når byggerier tynger

Men oppe på grundniveau kan man fra ethvert nordvendt vinduesparti på DTU Space se direkte over på årsagen til faldet i tyngdeaccelerationen.

Siden de svenske geofysikere i 2013 lagde vejen forbi kælderen i Lyngby sidst, er nabo-instituttet DTU Elektro blevet udvidet med den 1.920 m2 store bygning 329A, der rejser sig mindre end 50 meter fra FG5-gravimetrets faste hjørneplacering. Væsentligt mere prangende med sine store glaspartier end de omkringliggende blokke og med blot to år på bagen.

Tyngden fra den nye nabo har dermed fået tyngdeaccelerationen i kælderregionerne hos DTU Space til at falde 14 mikrogal på fire år:

»Det svarer til, at der har været en landhævning på 2 cm per år over de seneste fire år,« forklarer Andreas Engfeldt for at illustrere byggeriers effekt på tyngdemålingerne.

Den gennemsnitlige landhævning i Danmark er slet ikke i denne størrelsesorden, men ethvert byggeri vil på samme måde give sit eget lille bidrag til tyngdeaccelerationen ved en given målelokation. Uanset om der forsvinder nærliggende masse ved nedrivninger og tunnelboringer eller bliver tilføjet nybyggerier, vil det vise sig som udsving i den lokale tyngdeacceleration.

At få broens ender til at nå hinanden

At byggerier påvirker tyngdenettet er én ting. Men omvendt er nøje kendskab til tyngdefeltet af afgørende betydning for, når nye, større bygningskonstruktioner som broer, tunneller og lignende skal skabes. Ud fra det kortlagte tyngdenet kan DTU-geofysikerne nemlig bestemme den danske geoide, der i daglig tale kaldes for middelhavniveau.

Kender man ikke de præcise detaljer for den lokale geoide, inden man starter udgravninger til en tunnel fra hver ende eller banker de bropiller ned på hver bred af vandet, man ønsker at krydse, risikerer konstruktørerne, at forbindelsens to ender aldrig når hinanden på midten.

»Vi lavede tyngdemålinger ved Femern, inden de overhovedet begyndte deres første beregninger,« fortæller Gabriel Strykowski og illustrerer efterfølgende to vejender, der ikke mødes, ved at lade sine udstrakte hænder pege med fingerspidserne mod hinanden, men med en højdeforskydning mellem sig.

Geoiden beskriver middelvandstanden over havene og er en ækvipotentialflade. Det vil sige, at tyngdeaccelerationen virker vinkelret på ethvert punkt på fladen. Geoiden er en mere detaljeret beskrivelse af Jordens overflade end ellipsoiden, der ellers bruges til at beskrive klodens form. Af samme grund vil topografiske højder over havet angives mest korrekt, hvis de måles over geoiden (H) og ikke ellipsoiden (h), som er det udgangspunkt, som GPS-data er baseret på. På globalt plan varierer geoiden varierer om ellipsoiden med op mod 100 meter (N). Illustration: Nanna Skytte

Som én af landets førende gravitationseksperter og -måler er Gabriel Strykowski sammen med sin kollega Jens Emil Nielsen vært for dagens kælderforsamling, der står tæt om det fine gravitationsinstrument. Derudover er Gabriel Strykowski også manden, man ringer til i Danmark, når tyngdeaccelerationen skal bestemmes til kalibrering af præcisionsvægte.

Kendskab til tyngdeaccelerationen helt lokalt er vigtig for eksempelvis medicinalfirmaer, så de kan sikre, at deres vægte er nøjagtige på yderste decimal, mens også piloter af sikkerhedsmæssige årsager er afhængige af viden om tyngdenettet for at kende massen af kargo og brændstof helt nøjagtigt.

Er Nordpolen grønlandsk?

Ikke kun i Danmark er Gabriel Strykowski og hans kollegaer fra DTU Space eksperter i måling af tyngdefeltet. Faktisk rejser de verden rundt for at hjælpe med kortlægning af tyngdefeltet og bestemmelse af geoiden i ofte ufremkommelige områder. Det er der en særlig grund til:

»De danske geofysikere har en historisk arv fra kortlægningen af Grønland, da det har krævet stort knowhow og ekspertise at kortlægge landet og lave ekspeditioner dér,« forklarer Gabriel Strykowski, da vi senere sidder i et kontor over kælderregionen.

For Gabriel Strykowskis kollega Jens Emil Nielsen fylder Grønland stadig en stor del af forskningen i geodynamik. Når FG5-gravimetret senere på dagen er pakket ned, skal han lave supplerende kældermålinger med DTU’s eget absolutte gravimeter, A10. Et absolut gravimeter, som Jens Emil Nielsen har et nært kendskab til.

Gravimetret har nemlig fulgt forskeren rundt til en lang række af målestationer langs den grønlandske kyst. Her har han registreret landhævninger som følge af mindsket ismasse og kortlagt landets tyngdefelt. Og i Grønland kan kendskabet til tyngdenettet have en afgørende geopolitisk betydning:

»Man kan bruge tyngdenettet til at fortælle, hvordan geologiske strukturer i undergrunden fortsætter under havbunden, som sekundær data til seismiske målinger. Det kan blandt andet være med til at afgøre, hvorvidt Nordpolen og Grønland er forbundet, og svare på, hvorvidt Nordpolen er grønlandsk,« fortæller Jens Emil Nielsen.

Vejen til bedre søkort

Tyngdemålingerne på Grønland er nu ikke det eneste projekt med politisk islæt, som DTU Space er involveret i:

»Vi er lige nu i gang med et større EU-sponsoreret projekt, der skal dække Østersøen med nye tyngdedata,« fortæller Gabriel Strykowski.

Projektet hedder Famos, og det overordnede formål er at udvide antallet af mulige transportveje i Østersøen ved på sigt at knytte målinger af havbundsdybden til geoiden. I dag er de fleste sejlrender fastlagt ret konservativt og med en stor sikkerhedsmargin, hvad angår bestemmelsen af havdybden. Ved at bruge middelhavniveauet, givet ved geoiden som referenceflade for kortlægning af havdybder, kan man gøre det sikkert for fragtskibe og anden tung søtransport at sejle af andre og flere ruter i Østersøen.

Netop mens Gabriel Strykowski er ved at afrunde sin fortælling om det igangværende EU-projekt, kommer de to svenske målere op fra kælderen iklædt slidstærkt tøj og feltudstyr. FG5 er nu pakket ned, og de vil drage mod Bornholm, hvor tyngdeaccelerationen også skal måles.

Herefter ligger resultater klar til, at Gabriel Strykowski, Jens Emil Nielsen og deres kollegaer fra DTU Space endnu en gang kan finpudse det danske tyngdenet og bestemme den danske geoide.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

"Brobyggere, luftfarten og medicinalindustrien er dybt afhængige dem: målinger af tyngdeaccelerationen i Danmark. " Jeg tror nok at flyvning er mere afhængig af luftryk og temperatur end nogle ppb ændring af tyngdekraften. I modsat fald ville jeg blive meget bange for at flyve. Det er dog imponerende at man kan måle ændringen fra en højdeforskel på få cm. 1uGal får jeg til noget nær 3mm højdeændring.

  • 0
  • 1
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten