Metsähovin gravimetri

Maailman tarkin painovoimamittari Suomeen

Suomessa on otettu käyttöön maailman tarkin painovoiman muutoksia mittaava laite. Kyseessä on Geodeettisen laitoksen Metsähovin tutkimusasemalla Kirkkonummella sijaitseva suprajohtava gravimetri. Sillä voidaan havaita painovoiman vaihteluita, jotka ovat voimakkuudeltaan vain miljoonasosan miljoonasosa normaalista painovoimasta.

Maan painovoima muuttuu jatkuvasti. Tämä ei tunnu, mutta on huomattavissa jokapäiväisessä elämässä esimerkiksi Kuun ja Auringon synnyttämistä valtamerten vuorovesistä. Suprajohtavalla gravimetrillä havaittavat ilmiöt ovat miljoonia kertoja heikompia. Osa muutoksista johtuu esimerkiksi maanjäristysaaltojen tai ilmanpaineen vaihtelun synnyttämistä maankuoren pienistä korkeuden vaihteluista. Osa syntyy paikallisista massan muutoksista, kuten pohjaveden korkeuden tai lumipeitteen paksuuden muuttumisesta.

Uusi laite on niin herkkä, että se pystyy helposti havaitsemaan lähellä seisovan tutkijan vaikutuksen painovoimaan.  

Mikä ihmeen gravimetri?

Yksinkertaisin mahdollinen painovoimamittari on pieni punnus, joka päästetään putoamaan vapaasti tyhjässä tilassa. Kun sen putoamiskiihtyvyyttä mitataan tarkasti, saadaan selville painovoiman – siis putoamiskiihtyvyyden suuruus. Maan pinnalla se on keskimäärin 9,81 m/s², eli tämä on yksi g.

Käytännössä gravimetrit ovat erittäin tarkkoja vaakoja, joilla mitataan kierrejousen avulla metallisen punnuksen painoa.

Nykyaikaisessa suprajohtavassa gravimetrissä metallijousi on kuitenkin korvattu sähkömagneetilla ja mittauksen tarkkuus perustuu suprajohtavaan ilmiöön, jossa aineen sähkönvastus katoaa kokonaan. Tässä nyt käyttöön otetussa maailman tarkimmassa gravimetrissä on niobium-metallista tehdyt sähkökelat, jotka on jäähdytetty lähelle absoluuttista nollapistettä (-273,15 °C).

Vastuksetta kiertävä sähkövirta synnyttää kelan ympärille vakaan magneettikentän ja äärimmäisenkin pienet painovoiman muutokset pyrkivät muuttamaan magneettikentässä leijuvan niobiumpallon paikkaa, jolloin tätä seuraamalla voidaan määrittää painovoimamuutoksen suuruus. Kun yhden ilmaisimen sijaan laitteessa on kaksi samanlaista ilmaisinta, on se vielä aiempia malleja tarkempi.

Mitä gravimetrillä tehdään?

Maanjäristysaaltoja mittaavien seismometrien ohella suprajohtava gravimetri on ainoa laite, jolla pystytään tutkimaan Maan sisärakennetta ja siellä tapahtuvia ilmiöitä. Suuren herkkyyden ja pitkäaikaisen mittausvakauden ansiosta sillä voidaan seurata myös hitaita painovoiman muutoksia.

Metsähovissa tutkitaan paikallisen hydrologian, kuten pohjaveden ja lumipeitteen massanmuutosten aiheuttamia painovoiman muutoksia, ja Itämeren vedenkorkeuden vaihtelun vaikutusta. Suomessa tehtyjä havaintoja on yhdistetty koko maapallon painovoimamuutoksia mittaavien satelliittien havaintoihin, jolloin voidaan selvittää eri ilmiöiden vaikutusta. Näin saadaan entistä tarkempia tietoja esimerkiksi jäätiköiden sulamisesta ja merenpinnan noususta.

Metsähovin suprajohtava gravimetri on osa maailmanlaajuista verkkoa, johon kuuluu 32 asemaa. Havainnot kootaan kansainväliseen datapankkiin, jossa ne ovat tutkijoiden vapaasti käytettävissä.

Uusi gravimetri korvaa vuodesta 1994 toimineen laitteen, joka on maailman vanhin yhtäjaksoisesti toiminnassa oleva suprajohtava gravimetri.

Kuvassa erikoistutkija Heikki Virtanen ja Richard Warburton ovat siirtämässä nesteheliumia uuteen gravimetriin (sininen laite oikealla).

Teksti perustuu Geodeettisen laitoksen tiedotteeseen. Kuvat: Jyri Näränen / Geodeettinen laitos


Juttuja samasta aiheesta