– Uten å måle tyngdekraften vet vi ikke hvor høyt vi er over havet

Tenker du noen gang på hvor høyt over havet du bor, og hvordan det går an å måle det nøyaktig? Det er noe av det Tekna-medlem Kristian Breili jobber med på Kartverket. Han har doktorgrad i geodesi fra NMBU. Geodesi er vitenskapen om jordens form, bevegelse, tyngdefelt og endringer i disse størrelsene.

Kinomodus Slå av kinomodus Minispiller

Åtte desimaler bak komma

Vi får bli med Kristian Breili ned i tyngdelaboratoriet i kjelleren på Kartverket på Hønefoss. Her står det meget avanserte instrumenter som kan måle tyngdekraften med åtte desimaler bak komma.

For å lage Norges offisielle høydesystem har Kartverket målt tyngdekraften i cirka 90 000 punkter. Alle høyder på kart bestemmes ut fra en såkalt geoidemodell som er beregnet fra tyngdemålinger.

– Det virker kanskje litt sært å måle tyngdekraften, men det er mange anvendelser som krever riktige høydeangivelser. Noen centimeter feil kan gi alvorlige konsekvenser for eksempel når du bygger veier og annen infrastruktur og bygninger. Bare tenk deg en bru som bygges fra to sider av en elv eller fjord. Da er det viktig at høydene på hver side er riktige. Eller hvor viktig det er at vann- og avløp renner riktig vei i rør.

Må tilpasse oss at havet stiger

Høydemålinger er også viktig i forhold til analyser av havnivåvariasjoner og landheving.

– I fremtiden må vi tilpasse oss endringer i klima, og da er det viktig at vi analyserer hvordan havet vil stige i forhold til landhevingen som fortsatt pågår etter siste istid.

Breili forteller at Kartverket har laget en tjeneste Se havnivå i kart der det er beregnet hvor mye havet kan stige langs hele norskekysten fram til 2090.

–  Det er viktig at vi på forhånd lager kartene som viser hvordan dette blir i felt langs kysten, slik at samfunnet kan gjøre riktige tiltak for å sikre verdier i fremtiden.

Et av få så nøyaktige i verden

Her i kjelleren på Kartverket befinner Norges eneste instrument av sitt slag seg, nemlig et A10-absoluttgravimeter. Absoluttgravimeteret kan måler tyngdeakselerasjonen med en presisjon på åtte desimaler bak kommategnet. (dvs 0,00000001 m/s²).

– Inne i dette gravimeteret er det vakuum der et legeme faller og en laser leser av posisjonen flere hundre ganger under fallet, forklarer Kristian Breili.

Målingen gjøres ved at det inni absoluttgravimeteret faller et legeme 10 cm i et kunstig vakuum. En laser foretar flere hundre målinger av posisjoner under fallet, og en atomklokke måler hvor lang tid det tar.

–  Det finnes ikke så mange slike instrumenter i verden. Jeg tror det er rundt 100 av A10- modellen. På NMBU som vi samarbeider med, har de ett som er enda et hakk mer nøyaktig. Det er det enda færre av i verden.

Reiser rundt og måler

For et par uker siden hadde Kristian med seg absoluttgravimeteret og et relativgravimeter ut på felt og målte tyngdekraften på Ringkollen ved Hønefoss.

–  Hadde du kommet da, kunne du fått vært med og sett hvordan vi gjør dette i felten, sier han.

Han viser oss at det er tungt utstyr, så punktene må være tilgjengelig fra bilvei.

–  Det er alltid litt spennende å sette i gang målinger, og se hvordan det blir den dagen. Det kan være flere ytre forhold som påvirker målingene som trafikk, værforhold, grunnforhold og aktivitet i bygningene vi står i. Ikke minst er det spennende å se om instrumentet virker som det skal.

Hvis Breili gjør målinger over et døgn i kjelleren på Kartverket, ser han for eksempel at målingene blir bedre om natta før det kommer folk i bygget, og dører smeller og heiser går.  

– Når vi gjør de mest nøyaktige målingene, måler vi over 1-2 døgn for å få et godt gjennomsnitt. Endringer i tyngdekraften over for eksempel tiår er såpass små at de i liten grad er av betydning for høydesystemet.

Matematisk modell

Det ligger mye matematikk bak hvordan høyder bestemmes på kart. Landmålere bruker GPS-satellitter som måler høyden ned til en ellipsoide som er en matematisk definert flate rundt jorden. Så brukes en matematisk modell som regner fra GPS-høyden til en tenkt flate i jordas tyngdefelt som kalles geoide. Den er sammenfallende med havoverflaten dersom vi tenker oss havet fullstendig i ro uten tidevann, havstrømmer og bølger. Høyden over havet er høyden over geoiden.  

– Geoiden forandrer seg ganske lite trass i litt landheving, men den har mange detaljer og vi må derfor ha mange tyngdemålinger, sier Breili.

Han synes det egentlig er helt utrolig at det er mulig å måle så små forskjeller som de gjør med absoluttgravimeteret.

Finner du en slik bolt ute, vet du at her måles tyngdekraften med visse mellomrom.

Fysikk i praksis

– Hva er det som gjør dette så spennende?

– Dette er fysikk i praksis, og det er når hverdagsforestillingene bryter sammen, det begynner å bli artig, sier han.  

Kristian Breili liker at jobben er så sammensatt.

– Du har avanserte instrumenter du skal få til å virke, og du skal gjøre analyse av dataene. I tillegg får vi reise litt rundt og får sett mange fine plasser. Det uforutsigbare gjør det også spennende. Blir det bra målinger i dag, tro? 

Litt filosofisk føyer han til:

– Det som er interessant er at vi egentlig ikke vet hvor riktig absoluttgravimeterne våre måler, for vi har ikke noe mer nøyaktig å sammenligne mot.

Han forteller at det beste man kan gjøre er å sammenligne flest mulige instrumenter i verden for å se om de er konsistente, altså måler det samme.

– I fjor var jeg på en slik måling i Onsala rymdobervatorium som er en del av Chalmars tekniske høgskole i Gøteborg, med instrumentet fra NMBU. De nordiske instrumentene og en del fra andre europeiske land kom dit på sommeren og gjorde målinger og sammenlignet og fant om noen avvek.

– Det norske klarte seg bra i testen, forteller Kristian Breili.