Wat is een Gradiometer?
Een gradiometer meet de mate van verandering die optreedt in een bekende hoeveelheid, die alles kan omvatten, van temperatuur tot druk tot een magnetisch of gravimetrisch veld. Gradiometers hebben talloze, wijdverbreide toepassingen in de wetenschap. Ze worden overal in gebruikt, van archeologie tot het in kaart brengen van het aardoppervlak en het klimaat.
Een zwaartekrachtgradiënt kan worden gebruikt om de dichtheid van aardlagen onder het oppervlak te meten voor exploratie van aardolie en mineralen. Er worden geminiaturiseerde versies van ontwikkeld om ondergrondse oceanen te detecteren, zoals de maan die Saturnus Enceladus kan hebben. Radiogradiometers zijn geplaatst op onbemande luchtvaartuigen (UAV's) die het Amerikaanse leger gebruikt om de geleidende draden van geïmproviseerde explosieven (IED's) onder wegen in Irak te detecteren, en ze worden ook gebruikt om ondergrondse tunnels te detecteren in heel Mexico naar de VS grens die drugssmokkelaars gebruiken. Aangezien een hellingsmeter ook een soort hellingsmeter is, kunnen ze ook worden gebruikt om hoeken ten opzichte van de horizon te meten voor constructie- en landmeetapparatuur, vliegbanen van vliegtuigen en langlaufersportfietsers.
Zwaartekrachtgradiëntometrie heeft verschillende niveaus van verfijning om verschillende versnellingsassen te meten, afhankelijk van hoeveel onafhankelijke meetgradiënt- of versnellingsmetereenheden in een apparaat zijn ingebouwd. Alle gradiometers nemen echter de geproduceerde gegevens en vergelijken deze met een standaardgrootheid om de veranderingssnelheid of de bestaande helling te bepalen. Gravity gradiometer-technologie wordt al in de ruimte gebruikt in het Gravity-veld en de steady-state Ocean Circulation Explorer (GOCE), die in 2009 door de European Space Agency (ESA) werd gelanceerd in een lage baan om de aarde.
Het GOCE-vaartuig draait in de buitenatmosfeer op een hoogte van 260 km (162 mijl) om de resolutie van de gradiometers aan boord te verhogen, waar het het gedrag van oceaanstromingen en vulkanische activiteit bestudeert. Vanaf 2009 ontwerpen onderzoekers van de Universiteit Twente in Nederland een miniatuurversie van de gradiometer op basis van vergelijkbare principes, die slechts 35 gram (één kilogram) zou wegen en zou kunnen worden toegevoegd aan ruimtesondes die worden verzonden om het zonnestelsel te verkennen. Twee veerbelaste massa's opgehangen aan veren zouden vergelijkbare variaties in zwaartekracht meten op de picometerschaal, of een triljoenste van een meter. Deze gradiometers kunnen ondergrondse maanelementen oplossen met een diameter van 124 mijl (200 kilometer) of kleiner.
Radiogolfgradiëntmeters, oorspronkelijk gebruikt in de mijnbouw als draagbare eenheden, werden in 2004 aangepast om met UAV-vliegtuigen ongeveer 61 meter boven de grond te vliegen. Ze zenden een radiogolf uit en detecteren reflecties van de golfrug die worden veranderd door de aanwezigheid van metalen geleiders onder het oppervlak of holle structuren. De originele radiogolf wordt door de detectoren als een soort ruis weggefilterd, waardoor de veel zwakkere variaties in de golf door gradiëntverschillen onder de grond kunnen worden waargenomen. De Amerikaanse regering is het gebruik en de ontwikkeling van dergelijke radiografische gradiometersystemen blijven ondersteunen met lopende veldtests vanaf 2007 en 2008.
Een ander type gradiëntmeter is de magnetische gradiëntmeter die wordt gebruikt in de archeologie en aanverwante velden. Het toont een vermogen om niet te worden beïnvloed door fluctuaties in het magnetisch veld van de aarde veroorzaakt door magnetische stormen, en wordt gebruikt om zeer kleine anomalieën in de buurt van het oppervlak te vinden die op fossielen of andere afzettingen van oude beschavingen kunnen wijzen. De ontwerpen van de fluxgate-gradiometer en de cesiumdampsensor worden samen gebruikt om het magnetische veld te meten dat de aarde aan begraven muren, afgevuurde resten van objecten, enzovoort in de loop van de tijd geeft. Deze metingen worden vervolgens vergeleken met het magnetische achtergrondveld van de aarde om archeologische kenmerken op ondiepe diepten te lokaliseren.