Aan de competitie doet een nieuwkomer mee die steeds kleinere instrumenten moet ontwikkelen die veranderingen in het zwaartekrachtveld van onze planeet kunnen detecteren: een tafelmodel met de grootte van twee op elkaar gestapelde smartphones.
Het instrument, gebouwd door een team van onderzoekers in China, werd gebruikt om de getijden van de aarde gedurende meerdere dagen te meten, meldden natuurkundige Pu Huang van de Universiteit van Nanjing en collega’s op 22 maart. Fysieke beoordelingsbrieven.
Onderzoekers hebben lang geprobeerd lichtgewicht en kosteneffectieve instrumenten te creëren voor het meten van de zwaartekracht. Dergelijke apparaten, ook wel gravimeters genoemd, kunnen de beweging van tektonische platen detecteren, de beweging van grondwater waarnemen, verborgen olie- en gasreserves detecteren en magma in vulkanen monitoren om gegevens te verschaffen voor het voorspellen van uitbarstingen, naast vele andere toepassingen.
De meeste instrumenten met voldoende gevoeligheid voor dergelijke experimenten blijven echter in het laboratorium hangen, waardoor omvangrijke apparatuur nodig is om een beschermend vacuüm te creëren of de onderdelen ervan af te koelen tot extreem lage temperaturen (SN: 7.11.19). Draagbare gravimeters zijn doorgaans extreem dure apparaten ter grootte van huishoudelijke apparaten (SN: 28.2.22). Maar er zijn veel kleinere, zoals een prototype van een gravimeter ter grootte van een postzegel, uitgebracht in 2016, met voldoende gevoeligheid voor enkele fundamentele geofysische toepassingen.
De zwaartekracht tussen twee objecten hangt af van hun massa en de afstand ertussen. Zwaartekrachtveranderingen kunnen daarom worden gemeten met zoiets als een gewicht op een veer. Als een dergelijk apparaat dichter bij of verder van de grond wordt gebracht, of bij plotselinge veranderingen in de dichtheid van het terrein, zal de zwaartekracht van de aarde op het gewicht veranderen, en zal de lengte van de veer dienovereenkomstig weinig veranderen.
In plaats van een gewicht en een veer gebruikten Huang en zijn team twee magneten, waarvan de ene de andere liet zweven. De zwevende magneet gedroeg zich als een gewicht en bewoog op en neer als reactie op het veranderende zwaartekrachtveld. De ongrijpbare kracht van het magnetisme tussen de magneten werkte ongeveer als een massieve veer. De laser mat veranderingen in de positie van de zwevende magneet, waardoor onderzoekers konden observeren hoe het zwaartekrachtveld van de aarde gedurende meerdere dagen fluctueert als reactie op de getijdenkrachten van de maan. Ze ontdekten ook twee aardbevingen, één voor de kust van Honshu in Japan en één in de Balizee in Indonesië.
Het nieuwe apparaat is niet zo gevoelig als ‘s werelds beste draagbare gravimeters, merkt natuurkundige Xuejian Wu van de Rutgers University in Newark, N.J. op, die niet bij het werk betrokken was. Deze grotere, geavanceerde apparaten kunnen veranderingen in zwaartekrachtvelden van ongeveer één deel op een miljard detecteren, terwijl dit apparaat dat met ongeveer één deel op 60 miljoen kan doen.
Maar, zegt Huang, het team heeft plannen om de gevoeligheid te vergroten en hun apparaat nog verder te verkleinen. Momenteel komt het grootste deel van het aandeel uit magnetische afscherming en andere ondersteunende apparatuur. Maar het hart van het instrument – een kleine, zwevende magneet – is kleiner dan een rijstkorrel en weegt minder dan twee koffiebonen. Huang zegt dat onderzoekers hopen het hele systeem de komende jaren te integreren in een apparaat ter grootte van een chip dat op drones kan worden gemonteerd voor veldwerk.