De aarde is niet rond; en door de grillige massaverdeling van de aarde is het zwaartekrachtveld niet geometrisch te berekenen. Twee problemen waar de fysische geodesie haar bestaan aan dankt.
Delen
Prof.dr.ing. R.A.P. Klees deed tijdens zijn intreerede vorige week vrijdag zijn uiterste best de maatschappelijke relevantie van zijn vakgebied aan te tonen.
Figuur 1 Klees: ,,Hoogtes vertellen in welke richting het water stroomt”
De aarde is rond, maar vroeger dacht de mens dat de aarde plat was. Een wijsheid die kinderen al vroeg wordt bijgebracht. Geen van beide beweringen berust echter op waarheid. ,,Al tweeduizend jaar geleden was de bolvorm van de aarde bekend en probeerde men de aardstraal te bepalen met behulp van astronomische- en afstandsmetingen”, aldus Klees.
In de zeventiende eeuw werd het idee van een ronde aarde echter bijgesteld. Aan de hand van verbeterde meettechnieken kwam men tot de conclusie dat de aarde eivormig moest zijn. Grote mannen als Newton en Huygens toonden echter aan dat ook dit beeld niet juist was en kwamen uit op een bol die aan de beide polen afgeplat is. Met behulp van wiskundige rekenmethoden toonde onder anderen de wiskundige Gauss aan dat het idee van een zuiver ronde bol helemaal losgelaten moest worden.
De interesse voor de geometrische vorm van de aarde, maakte plaats voor de fysisch gedefinieerde vorm: het equipotentiaalvlak van het aardse zwaartekrachtveld op gemiddeld zeeniveau, ook wel geoïde genoemd. Onderzoek richtte zich op de vorm van het zwaartekrachtveld, in plaats van op de concrete vorm van de aarde. Door de inhomogene massaverdeling in het inwendige van de aarde, kan dit zwaartekrachtveld niet met behulp van geometrische methoden berekend worden. Alleen door zwaartekrachtmetingen is de geoïde te bepalen.
De fysische geodesie, het vakgebied waarop Klees werkzaam is, heeft tot doel zowel de geometrische vorm als het zwaartekrachtveld van de aarde te bepalen. Een karwei dat ondanks de ontwikkeling van onmisbare hulpmiddelen als satellieten en krachtige computers, nog altijd niet geklaard is.
Nieuwsgierigheid
Klees ging in zijn intreerede niet in op de technisch-wetenschappelijke kant van de fysische geodesie, maar op de maatschappelijke. De geodesie in zijn totaliteit heeft weinig moeite haar onderzoek te rechtvaardigen, maar dat geldt niet voor de fysische geodesie. Lange tijd zag men de fysische geodesie louter als een wetenschap die de natuurwetenschappelijke nieuwsgierigheid van de mens naar de vraag: ‘hoe rond is de aarde?’, moest bevredigen. Klees wilde laten zien dat de fysische geodesie wel degelijk ‘nuttig’ is, en dat de richting van het onderzoek binnen het vak feitelijk bepaald wordt door problemen die zich in andere wetenschappen voordoen.
Een belangrijke toepassing van de fysische geodesie ligt in de eerste plaats in de hoogtemeting. De fysisch gedefinieerde hoogtes zijn gerelateerd aan het zwaartekrachtveld van de aarde. ,,Het zijn hoogtes die je vertellen in welke richting het water stroomt. Fysische hoogteverschillen zijn evenredig met potentiaalverschillen.” Het referentievlak in Nederland is het Normaal Amsterdams Peil (NAP), dat op gemiddeld zeeniveau ligt. Potentiaalverschillen ten opzichte van deze referentie bepaalt men bijvoorbeeld met behulp van waterpassen. Het probleem van waterpassen is echter dat het een zeer tijdrovende bezigheid is, en dat het gevoelig is voor fouten.
Met behulp van satellieten (het GPS-systeem) kan men tegenwoordig nauwkeurig en efficiënt hoogtes meten. Deze geometrische hoogtes hebben echter geen fysische betekenis. Over een afstand van tien kilometer kan een afwijking van een meter ten opzichte van de NAP-hoogtes ontstaan. Als we over het hele land de precieze geoïde-hoogtes zouden weten, kunnen we de GPS-hoogtes omrekenen naar NAP-hoogtes, en kunnen we het dure waterpassen dus vervangen door het veel goedkopere meten met behulp van satellieten. Vanwege de vlakheid van het land heeft Nederland de meest nauwkeurige geoïde ter wereld.
Een ander toepassingsgebied van fysische geodesie ligt in het voorspellen van de zeespiegelstijging ten gevolge van het broeikaseffect. Door het geringe inzicht in het complexe fysische klimaatsysteem lopen voorspellingen voor het jaar 2100 uiteen van een stijging tussen 3 en 360 centimeter. Volgens Klees kan het met behulp van satellieten meten van zeehoogtevariaties een belangrijke bijdrage leveren aan de verbetering van de voorspellingen. Ook de oceanografie – de studie naar oceaancirculaties – kan gediend zijn bij de hulp van de fysische geografie.
Fysische geografie is dus wel degelijk een maatschappelijk relevant vak, en de toepasbaarheid van het vak zal volgens Klees met het voortschrijden van de techniek alleen maar toenemen. Geavanceerde satelliettechnieken, supercomputers en verfijning van de wiskundige modellen: ,,Daardoor zullen de tekortkomingen in de theorie, welke tot nu toe in de fysische geodesie geaccepteerd werden, worden blootgelegd.”
De aarde is niet rond; en door de grillige massaverdeling van de aarde is het zwaartekrachtveld niet geometrisch te berekenen. Twee problemen waar de fysische geodesie haar bestaan aan dankt. Prof.dr.ing. R.A.P. Klees deed tijdens zijn intreerede vorige week vrijdag zijn uiterste best de maatschappelijke relevantie van zijn vakgebied aan te tonen.
Figuur 1 Klees: ,,Hoogtes vertellen in welke richting het water stroomt”
De aarde is rond, maar vroeger dacht de mens dat de aarde plat was. Een wijsheid die kinderen al vroeg wordt bijgebracht. Geen van beide beweringen berust echter op waarheid. ,,Al tweeduizend jaar geleden was de bolvorm van de aarde bekend en probeerde men de aardstraal te bepalen met behulp van astronomische- en afstandsmetingen”, aldus Klees.
In de zeventiende eeuw werd het idee van een ronde aarde echter bijgesteld. Aan de hand van verbeterde meettechnieken kwam men tot de conclusie dat de aarde eivormig moest zijn. Grote mannen als Newton en Huygens toonden echter aan dat ook dit beeld niet juist was en kwamen uit op een bol die aan de beide polen afgeplat is. Met behulp van wiskundige rekenmethoden toonde onder anderen de wiskundige Gauss aan dat het idee van een zuiver ronde bol helemaal losgelaten moest worden.
De interesse voor de geometrische vorm van de aarde, maakte plaats voor de fysisch gedefinieerde vorm: het equipotentiaalvlak van het aardse zwaartekrachtveld op gemiddeld zeeniveau, ook wel geoïde genoemd. Onderzoek richtte zich op de vorm van het zwaartekrachtveld, in plaats van op de concrete vorm van de aarde. Door de inhomogene massaverdeling in het inwendige van de aarde, kan dit zwaartekrachtveld niet met behulp van geometrische methoden berekend worden. Alleen door zwaartekrachtmetingen is de geoïde te bepalen.
De fysische geodesie, het vakgebied waarop Klees werkzaam is, heeft tot doel zowel de geometrische vorm als het zwaartekrachtveld van de aarde te bepalen. Een karwei dat ondanks de ontwikkeling van onmisbare hulpmiddelen als satellieten en krachtige computers, nog altijd niet geklaard is.
Nieuwsgierigheid
Klees ging in zijn intreerede niet in op de technisch-wetenschappelijke kant van de fysische geodesie, maar op de maatschappelijke. De geodesie in zijn totaliteit heeft weinig moeite haar onderzoek te rechtvaardigen, maar dat geldt niet voor de fysische geodesie. Lange tijd zag men de fysische geodesie louter als een wetenschap die de natuurwetenschappelijke nieuwsgierigheid van de mens naar de vraag: ‘hoe rond is de aarde?’, moest bevredigen. Klees wilde laten zien dat de fysische geodesie wel degelijk ‘nuttig’ is, en dat de richting van het onderzoek binnen het vak feitelijk bepaald wordt door problemen die zich in andere wetenschappen voordoen.
Een belangrijke toepassing van de fysische geodesie ligt in de eerste plaats in de hoogtemeting. De fysisch gedefinieerde hoogtes zijn gerelateerd aan het zwaartekrachtveld van de aarde. ,,Het zijn hoogtes die je vertellen in welke richting het water stroomt. Fysische hoogteverschillen zijn evenredig met potentiaalverschillen.” Het referentievlak in Nederland is het Normaal Amsterdams Peil (NAP), dat op gemiddeld zeeniveau ligt. Potentiaalverschillen ten opzichte van deze referentie bepaalt men bijvoorbeeld met behulp van waterpassen. Het probleem van waterpassen is echter dat het een zeer tijdrovende bezigheid is, en dat het gevoelig is voor fouten.
Met behulp van satellieten (het GPS-systeem) kan men tegenwoordig nauwkeurig en efficiënt hoogtes meten. Deze geometrische hoogtes hebben echter geen fysische betekenis. Over een afstand van tien kilometer kan een afwijking van een meter ten opzichte van de NAP-hoogtes ontstaan. Als we over het hele land de precieze geoïde-hoogtes zouden weten, kunnen we de GPS-hoogtes omrekenen naar NAP-hoogtes, en kunnen we het dure waterpassen dus vervangen door het veel goedkopere meten met behulp van satellieten. Vanwege de vlakheid van het land heeft Nederland de meest nauwkeurige geoïde ter wereld.
Een ander toepassingsgebied van fysische geodesie ligt in het voorspellen van de zeespiegelstijging ten gevolge van het broeikaseffect. Door het geringe inzicht in het complexe fysische klimaatsysteem lopen voorspellingen voor het jaar 2100 uiteen van een stijging tussen 3 en 360 centimeter. Volgens Klees kan het met behulp van satellieten meten van zeehoogtevariaties een belangrijke bijdrage leveren aan de verbetering van de voorspellingen. Ook de oceanografie – de studie naar oceaancirculaties – kan gediend zijn bij de hulp van de fysische geografie.
Fysische geografie is dus wel degelijk een maatschappelijk relevant vak, en de toepasbaarheid van het vak zal volgens Klees met het voortschrijden van de techniek alleen maar toenemen. Geavanceerde satelliettechnieken, supercomputers en verfijning van de wiskundige modellen: ,,Daardoor zullen de tekortkomingen in de theorie, welke tot nu toe in de fysische geodesie geaccepteerd werden, worden blootgelegd.”
Comments are closed.