“De berg is een archief”
Wie: Lennart de Groot
Wat: universitair docent paleomagnetisme
Waar: Fort Hoofddijk, Universiteit Utrecht
“Veldwerk klinkt misschien romantisch, maar het is fysiek zwaar. Ik waarschuw de studenten die meegaan om het niet te onderschatten. We moeten veel gereedschap omhoog sjouwen en water om de boor te koelen. Onze boor is een omgebouwde kettingzaag. We boren tot tien centimeter diep, je komt thuis met allemaal ronde staafjes steen. De hellingen zijn begroeid, meestal is er geen pad. Er zijn niet zoveel wetenschappers in mijn onderzoeksveld die dit veldwerk nog doen. Zelf vind ik het heel leuk. Je vindt altijd weer wat nieuws. Het is ook spannend. Pas na het laboratoriumonderzoek weet ik of het echt wat is.
Op Gran Canaria hebben we een hele berg bemonsterd, laag voor laag, van zeeniveau tot negenhonderd meter hoog. In die lagen zitten sporen van een omkering van het aardmagneetveld van veertien miljoen jaar geleden. Het eiland is laag voor laag gegroeid doordat de vulkaan regelmatig uitbarstte. In de lava zitten ijzeroxides. Die ‘onthouden’ bij het afkoelen het aardmagneetveld van dát moment. De berg is dus één groot archief. Door alle laagjes te bemonsteren, zien we hoe het aardmagneetveld door de tijd heen is veranderd. Ik wil vooral graag weten hoe snel deze omkering is verlopen. Het is nog onbekend hoe snel het aardmagneetveld kan ompolen.
Soms blijkt thuis dat je monsters niet goed zijn. Zo hadden we dit keer monsters van een laag waarop de bliksem was ingeslagen. Alle informatie over het vroegere aardmagneetveld is dan weg. We zijn teruggegaan naar Gran Canaria om die laag een stuk verderop opnieuw te bemonsteren.
Ons laboratoriumwerk doen we in het prachtige Fort Hoofddijk uit 1879, midden in de Botanische Tuinen van de Universiteit Utrecht. In dat fort lag vroeger buskruit opgeslagen. Om vonken te voorkomen is er nergens metaal gebruikt in het gebouw. Dat is voor ons onderzoek geweldig, want metaal verstoort onze metingen aan zwakke magnetisaties in gesteente.”
“Sneeuw is een moeilijk materiaal”
Wie: Alec van Herwijnen
Wat: groepsleider lawinevorming
Waar: SLF, Zwitsers instituut voor sneeuw- en lawineonderzoek, Davos
“In de winter houd ik voortdurend het weer in de gaten. Al ons onderzoek dient één doel: de lawinevoorspellingen verbeteren. Sneeuw is een moeilijk materiaal, het is extreem poreus en makkelijk vervormbaar. De temperatuur van het sneeuwdek ligt tegen het vriespunt aan, daardoor verandert de structuur voortdurend. Dat maakt het bepalen van het lawinegevaar ook zo moeilijk. We hebben hier aan het instituut wel een koudelab, maar daar krijg je het nooit zoals in het echt. Dus we kunnen niet zonder veldwerk.
Ik houd van buiten zijn, van skiën. Ik vind het ook prettig om contact te hebben met de mensen die de dagelijkse lawinevoorspellingen maken. Je weet waarvoor je het doet. Frustrerend is het veldwerk soms ook, je bent afhankelijk van de natuur. De afgelopen twee winters konden we weinig metingen doen. Het sneeuwdek was te stabiel. Voor lawines heb je instabiele lagen nodig. Een harde ijslaag bijvoorbeeld, als de bovenlaag eerst dooit en daarna weer opvriest. Als die laag ondersneeuwt, vormt dat een zwakke plek waar een breuk kan ontstaan.
Lawinevoorspellingen zijn belangrijk voor de wintersport, maar ook voor het veilig openstellen van wegen. Een fundamenteel probleem in ons onderzoeksveld is slechte data. Zo weten we vaak niet wanneer lawines naar beneden zijn gekomen – het zicht is nou eenmaal slecht als het sneeuwt. Pas als het opklaart kunnen we ze zien, als ze dan niet alweer aan het zicht onttrokken zijn door de verse sneeuw. We experimenteren daarom met automatische lawinedetectie. Daarvoor installeren we microfoons en geofoons, sensoren die trillingen in het aardoppervlak meten. Daarmee kunnen we ‘horen’ wanneer er een lawine afgaat.
Wij doen ook veldmetingen waarbij we sneeuw gecontroleerd laten schuiven. De bewegingen filmen we met een hogesnelheidscamera. Met die metingen voeden we onze computermodellen. Als de sneeuwomstandigheden goed zijn, doen we veel experimenten. Dan kunnen we weer een tijd vooruit.”
“Trots op onze baby”
Wie: Kate Isaak
Wat: projectwetenschapper CHEOPS
Waar: ESA/ESTEC, Noordwijk
“De lancering is de afsluiting van een intense periode van bouwen en testen. Dan gaat het echt gebeuren: de raket rijdt over rails naar het lanceerplatform. We hadden een muntje op de rails gelegd, zoals de traditie voorschrijft. Dat platgereden muntje, en later de lancering zelf: geweldig. Eerst zie je de raket omhooggaan, met daarin je satelliet. Daarna hoor en voel je dat ook. Dan hoop je dat je alles goed hebt gedaan.
Satelliet CHEOPS is klein maar fijn, een kubus van anderhalve meter. Het duurde vijf jaar om hem te maken, een relatief korte tijd. De detector aan boord is extreem stabiel, dat maakt hem bijzonder. Ik ben in dit project de schakel tussen de wetenschappers en de ingenieurs. Ik heb een budget en een tijdschema; de kunst is om daarbinnen de best mogelijke satelliet te maken. Dat is heerlijk om te doen. Er spelen zo veel gebieden van de natuurkunde een rol: materiaaleigenschappen, dynamica, elektromagnetisme... dat houdt me scherp.
Deze missie is een stapje op weg naar het antwoord op de vraag of we alleen zijn in het universum. Dankzij CHEOPS kunnen we de grootte van planeten rond andere sterren nauwkeurig vaststellen en meer leren over de samenstelling; is het een planeet van gas, zoals Jupiter, of een harde bal als de aarde?
Er werkten elf landen mee aan deze missie. Dat maakt het complex en leuk. Overal werden stukjes gebouwd en langzaam komen die samen in één satelliet. Hier bij ESTEC hebben we bijvoorbeeld getest of de elektromagnetische signalen van de raket en de satelliet elkaar niet verstoorden. Dat deden we in de Maxwell-testkamer, een prachtige ruimte die signalen van buiten compleet blokt. Je kan er de kleinste effecten in meten.
De lancering, eind 2019, en het opstarten van CHEOPS liepen volgens plan. Ik ben trots, onze baby doet het goed. Ik begeleid nu de gastwetenschappers die de satelliet willen inzetten. De komende jaren plukken we de vruchten van ons werk.”
“Er landden roofvogels op onze antennes”
Wie: Maaijke Mevius
Wat: data-onderzoeker
Waar: LOFAR, ASTRON, Dwingeloo
“LOFAR is de grootste radiotelescoop voor lage frequenties ter wereld, maar hij is niet echt indrukwekkend om te zien. Geen grote schotel, maar een verzameling kleine antennes in het veld. Sommige antennes zitten ingepakt in zwarte dozen, met landbouwplastic eromheen. De leukste zijn de antennes ‘op pootjes’, die lijken op tentjes waarvan alleen de stokken zijn neergezet.
LOFAR staat in de levende natuur: wat ongemak hoort erbij. De omgeving is indrukwekkend mooi. Het terrein is van landbouwgrond veranderd in een nat natuurgebied, met veel insecten en vogels – vraag me niet welke precies. Als je erheen gaat, moet je laarzen aan. In het begin kropen er muizen in de kastjes met elektronica, dat vonden ze een lekker warm hol. Laatst hadden we last van roofvogels, die landden boven op de antennes. Dan passen we het ontwerp weer wat aan.
Mijn expertise is kleine effecten vinden in een grote datazee. Het is zo bijzonder wat er allemaal met deze telescoop kan. Je kunt LOFAR flexibel inzetten. We kunnen naar de beginjaren van ons universum kijken door alle antennes op één gebied te richten, honderden uren lang. Dan vang je een zwak signaal op van dertien miljard jaar oud, uit een donker heelal waarin net de eerste sterren gingen schijnen. Door alle antennes los van elkaar te gebruiken, kun je met LOFAR ook snelle fenomenen bestuderen. We meten op de schaal van milliseconden voor mijn onderzoekswerk aan ruimteweer, de processen op de zon die invloed hebben op de aarde. Ik kijk naar de ionosfeer, een laag hoog in de aardatmosfeer waar de invloed van de zon groot is. Een actieve zon veroorzaakt verstoringen in die laag en daardoor in gps-signalen die daar doorheen reizen. Die veelzijdigheid van LOFAR, dat is toch wel het mooiste van deze telescoop.”
“Het ontwerp kan altijd beter”
Wie: Femke Verhaart
Wat: onderzoeker industriële hydrodynamica
Waar: Deltares, Delft
“Toen ik mijn eerste drie pompstations had getest, dacht ik dat ik daarna wel snapte hoe het water door zo’n station stroomt. Dat was een vergissing. Hoe langer je dit werk doet, hoe minder je begrijpt. Turbulentie is een fascinerend fenomeen, stromingen zijn altijd weer verrassend. Dat is ook de reden dat we hier met schaalmodellen werken en niet enkel met computersimulaties.
Ik optimaliseer het ontwerp van grote pompstations, zoals die voor het koelwater van elektriciteitscentrales, afvalwatergemalen en ontziltingsinstallaties. De pompen zien eruit als scheepsschroeven, soms wel met een diameter van vier meter. Ze zijn groot en sterk, maar ook gevoelig. Ze stuwen het water omhoog. Het is belangrijk dat het water mooi aanstroomt, anders kunnen de pompen stuk trillen.
Het werk komt nauw: door een kleine verstoring – door trillingen of lucht bijvoorbeeld – kan de pomp al kapotgaan. Zo mogen er geen draaikolken aan het wateroppervlak ontstaan, dan zuig je lucht naar binnen. Testen met schaalmodellen is essentieel. Ik kan het ontwerp na zo’n test bijna altijd wel verfijnen.
Onze opdrachtgevers komen van over de hele wereld. Wanneer een ontwerp binnenkomt, bestudeer ik eerst de tekeningen. Soms doen we ook computersimulaties. Wanneer ik denk dat het hoofdontwerp van het pompstation in orde is, vraag ik de werkplaats om er een schaalmodel van te maken, gewoonlijk ongeveer met de verhouding een op tien. De modellen zijn van hout, daar kun je makkelijk mee werken. Ik kan er een extra schotje in zetten of driehoekjes op de wand schroeven om de stroming te verbeteren.
Ik los graag praktische problemen op, dat maakt dit werk zo fijn. Stromend water vind ik leuk om te zien. Zelfs als ik op vakantie een bergbeek zie, analyseer ik de stroming.”
“Ik droomde van een woud van sensoren in zee”
Wie: Hans van Haren
Wat: senior onderzoeker oceanografie
Waar: NIOZ, Texel
“De remparachute had automatisch los moeten komen, maar dat gebeurde niet. We zijn later met een onderwaterrobot teruggegaan om hem los te knippen. Daardoor konden we zien dat de ring er perfect bijligt: fantastisch.
Turbulentie in de lucht brengt ons de zuurstof om te ademen. Turbulentie in zeewater zorgt ook voor verplaatsing van zuurstof en mengt voedselrijk en voedselarm water. Dat is belangrijk voor het leven in zee. Ik doe onderzoek naar onderwatergolven. Die zijn groot, soms meer dan honderd meter. Ze stromen niet hard, maar het gaat om gigantische hoeveelheden water met subtiele temperatuurverschillen.
Toen ik in de jaren negentig begon als oceanograaf hadden we weinig meetgegevens. Je moest het doen met wat temperatuurmetingen van sensoren die aan lijnen in het water hingen. We hadden nooit genoeg meetgegevens om echt goed zicht te krijgen op het driedimensionale proces dat turbulentie is. Daarom droomde ik altijd al van een soort woud van temperatuursensoren in zee. Een jaar of tien geleden bedacht ik wat we nu doen: een grote metalen ring op de zeebodem leggen, met daaraan lijnen die met drijvers strak omhoog worden gehouden. Op die lijnen bevestigden we drieduizend extreem nauwkeurige sensoren.
Dit project doen we met vijf mensen. We zijn de enigen ter wereld die zoiets doen, dus alle problemen moesten we zelf oplossen. Vooral de technici hebben topprestaties geleverd. Dit project heeft me wel wat slapeloze nachten opgeleverd. Maar het pionieren is tegelijk de charme; als het lukt, levert het zo veel nieuwe inzichten op.
De ring is zeventig meter breed, een gevaarte. We hebben hem op Texel gemaakt en in delen met een vrachtwagen vervoerd naar de Middellandse Zee, achttien buizen van twaalf meter lang. Eenmaal gemonteerd is hij drijvend naar de juiste plek gevaren. Het afzinken gebeurde met die remparachute; die zorgde ervoor dat de ring niet omsloeg of op de zeebodem kapot stuiterde.
Dit is onderzoek van de lange adem. Over drie jaar vissen we de sensoren weer op, dan hebben we onze data.”
Dit artikel is eerder verschenen in de Robbert, een uitgave van het Nederlands Tijdschrift voor Natuurkunde ter gelegenheid van het honderdjarig bestaan van de Nederlandse Natuurkundige Vereniging. De foto's zijn gemaakt door Martin van Lokven, UU, SLF en NIOZ.
