TYNGDEKRAFT OG GEOIDEN

Her måler de tyngdekraften på Mjøsa

Visste du at du er bittelitt lettere på Mjøsa? Bli med gamle Skibladner når Statens Kartverk måler tyngdekraft på Norges største innsjø.

Geoiden

  • Moderne beregning av høyde er en komplisert affære som starter med en ellipsoide. Det er en matematisk beregning av jordens nesten elliptiske form.
  • Rundt denne er det tegnet en geoide. Det er en tenkt ekvipotensiell flate der tyngdens potensial er konstant hvorenn på geoiden man er. Geoiden skulle ideelt sett vært en ellipsoide, men siden gravitasjonskraften ikke er lik over alt blir det en bulkete affære der avstanden fra jordens sentrum varierer.
  • Ettersom satellittbaserte systemer som gps blir stadig viktigere, er en nøyaktig geoide blitt viktigere og viktigere. Profesjonelle gps-systemer, blant annet benyttet av anleggsbransjen, har geoiden og dertil egnet programvare installert. Gps-en måler høyden over ellipsoiden. Deretter prosesseres dette mot geoiden og en høyde over havet kommer frem.
  • Geoiden ble først beskrevet av den tyske matematikeren og fysikeren Johann Carl Friedrich Gauss (1777–1855). Det er først i de senere årene at dataene er blitt tilstrekkelig gode til at geoiden kan anvendes for praktiske formål.
  • Den første modellen for høydeberegning i Norge ble utviklet av Dag Solheim i 1996. Først de siste fire–fem årene har praktisk anvendelse tatt av.

Nivellementsmåling

  • Nivellering, eller nivellementsmållinger, er den vanligste måten å bestemme høyder eller høydeforskjeller på. Det er svært nøyaktig. Man kan måle både absolutte og relative høyder.
  • Et nivelleringsinstrument består av en en kikkert med trådkors som sammen med objektivets optiske midtpunkt bestemmer instrumentets siktelinje. Kikkerten er også utstyrt med en rørlibelle, et vater. For å måle høydeforskjeller rettes nivelleringsinstrumentet mot loddrette nivelleringsstenger plassert på punktene som skal måles.

Tyngdekraften sier noe om hvor mye vi trekkes ned mot jordas sentrum, og denne kan måles. Det er nettopp dette Statens Kartverk driver med i disse dager. På Mjøsa.

Et sjøgravimeter, et ekkolodd, en gps-mottaker og annet teknisk utstyr er montert på verdens eldste hjuldamper, Skibladner.

Dette skal samle inn viktig informasjon som kan endre norske kartdata, og som skal gjøre GPS-mottakere mer nøyaktige.

Les også: Her kommer verdens lengste tunnel under sjøen

Lettere å grave

– Dersom du har montert GPS på gravemaskinen din vil det bli langt enklere å grave, for eksempel når det skal bygges store anlegg. Når den nye Mjøsbrua skal bygges, vil disse målingene være til stor hjelp. For eksempel har asfaltering etter hvert fått mye høyere krav til nøyaktighet, sier forsker Dagny Lysaker i Kartverket.

Foreløpig ligger nøyaktigheten på 5–8 centimeter, men målet er å få enda mer nøyaktige målinger.

– Målet er 1 centimeter nøyaktighet. Da kan du sette en GPS på asfalteringsmaskinen din, sier Lysaker.

Les også: Her kan du fly innendørs

Tyngdens akselerasjon

De første målingene viser at tyngdens akselerasjon på Mjøsa er annerledes enn tilgjengelige data tidligere har vist.

På Norges største innsjø varierer tyngdens akselerasjon fra 9,819169  til 9,818818. Det betyr at geoiden må justeres med opp til 20 cm (se faktaboks).

Forskjellen er 0,000351 m/s2 fra den høyeste til den laveste verdien.

– Det er ganske mye, og det vil få konsekvenser, sier forsker Dagny Lysaker fra Statens kartverk.

Sjefingeniør i Statens Kartverk, Dag Solheim, er enig:

– Det er mye. Moderne gps-er har programvare som korrigerer, så endringene i målt høyde vil nok ikke bli mer enn fire til fem centimeter. Men med bedre utgangspunkt, blir det behov for færre korrigeringer, og målingene blir langt mer sikre og nøyaktige, sier han.

På skolen lærte vi at tyngdens akselerasjon er 9,81m/s2. I realiteten varierer den, avhengig av hvor på kloden vi er.

Den er sterkere ved polene enn ved ekvator, og den varierer også avhengig av tettheten til massene på et gitt sted. Tyngdens akselerasjon vil ofte være annerledes over vann enn over land.

Les også: Her seiler verdens største vikingskip

Sjefingeniør i Statens Kartverk, Dag Solheim, på Skibladner. FOTO: Håkon Jacobsen

Vil sjekke flere

Både land- og havområder i Norge er forholdsvis godt kartlagt. Men tidligere er det ikke gjort noen målinger over innsjøer.

– Med de utslagene vi har funnet på Mjøsa, tror jeg nok vi vil vurdere å gjøre målinger av tyngdens aksellerasjon på flere sjøer, sier Solheim.

Solheim er forsiktig med å antyde noe om hvilke som bør stå på en slik liste, ut over å nevne Tyrifjorden.

– Det avhenger også av hva som er tilgjengelig av båter. Sjøgravimeteret trenger noe strøm, og det bør være et fartøy av en viss størrelse og med god stabilitet.

Tidligere ble kun nivellementsmålinger benyttet for å fastslå høyde over havet. De er svært nøyaktige, men veldig tidkrevende og derfor dyre.

Land som USA og Canada er i ferd med å gå bort fra slike målinger, og en rekke utviklingsland har aldri hatt råd til å benytte dem.

Satelitter, gps og stor regnekraft kan gjøre nivellementsmålinger overflødige. Da er nøyaktige målinger av tyngdens akselerasjon en forutsetning.

Les også:

Norsk oljeproduksjon tilsvarer en dråpe i Mjøsa

Denne broen kan bevege seg 600 meter

Digital byplanlegging skal spare energi og kostnader