2003-04 MIRA Ceti sprak met... Roland Verbeiren

Het was aangenaam praten met Roland Verbeiren over “2001, A Space Odyssey”. In 1968 presenteerde Stanley Kubrick in die film immers een visionaire kijk op mens en machine aan de vooravond van het grote avontuur dat de mens voet zou doen zetten op onze naaste buur, de Maan. Maar eigenlijk ging het gesprek vooral over de Koninklijke Sterrenwacht van België (KSB), over het onderzoek dat daar verricht wordt en meer in het bijzonder over de rol van mijn gesprekpartner daarbij.

Roland Verbeiren, 57 jaar, studeerde wiskunde aan de universiteit van Leuven met specialisatie sterrenkunde en kwam omstreeks 1970 op de KSB terecht. Begin de jaren 1990 werd hij hoofd van het departement referentiesystemen en geodynamica. En sinds 2003 is hij waarnemend directeur van de hele sterrenwacht.

 

Mijnheer Verbeiren, valt het u als man van de wetenschap niet zwaar het leeuwendeel van uw tijd aan administratief werk te moeten wijden?

 

Het is belangrijk dat op de KSB in verschillende domeinen onderzoek op hoog niveau verricht wordt. Om zulks mogelijk te maken neem ik graag die administratieve taken op mij. Het is immers ook een manier, zij het indirect, om de wetenschap vooruit te helpen. Bovendien geef ik graag en vol vertrouwen de fakkel door aan jongere wetenschappers: zij hebben nieuwe ideeën en wellicht ook het nodige dynamisme om die ideeën ook effectief waar te maken. En persoonlijk vind ik dat een nieuwe job ook altijd een nieuwe impuls geeft. In het leven moet men zo nu en dan al eens de bakens durven verzetten, nietwaar?

 

Op de KSB bent u niet meteen bij de seismologie terechtgekomen? 

 

Neen, het eerste onderzoek dat ik verricht heb was binnen het domein van de plaatsbepalende sterrenkunde en de geofysica. Dat is fundamenteel werk, want het exact bepalen van de posities van sterren, van de beweging van de Aarde rond de Zon, van tijd en plaats is absoluut noodzakelijk om op een wetenschappelijke manier aan sterrenkunde te kunnen doen.

De Aarde draait rond een as, maar die is niet volledig stabiel: je hebt de precessie en de nutatie. En mocht onze planeet een vast voorwerp zijn, zou de beweging van de aardas heel eenvoudig te berekenen zijn met mooie cirkeltjes en ellipsjes. Maar je heb ook nog de vrije beweging van de poolas onder invloed van massaverplaatsingen in de Aarde, de elasticiteit van de mantel, de vloeibare vorm van de kern, de beweging van oceanen en van de atmosfeer e.d. In dit verband heeft de plaatsbepalende sterrenkunde dan als bedoeling die kleine bewegingen van de aardas te meten en ze ook te verklaren middels de inwendige structuur van de Aarde. Nu stellen die kleine bewegingen op het eerste zicht misschien niet veel voor, het betreft een cirkel van zowat dertig meter die de aardas ten gevolge van deze factoren beschrijft. Maar een kleine verkeerde inschatting van de positie van de Aarde kan b.v. gevolgen hebben voor het traject van satellieten en ruimtetuigen, zodanig dat voortdurend moet bijgestuurd worden. In dat geval moet aanzienlijk meer brandstof meegenomen worden ten nadele van de nuttige lading aan boord.

Toen in 1972 de eerste geodetische satellieten gelanceerd werden, zijn wij op de KSB met een project gestart, omdat meteen duidelijk was dat, als wij die speciale meetinstrumenten met hun geavanceerde elektronica als referentiepunt zouden gebruiken, wij tot nog nauwkeuriger plaatsbepalingen zouden kunnen komen, na verloop van tijd zelfs tot op één meter nauwkeurig. Ik heb voor dat project de hele informatica op punt gesteld zodanig dat alle gegevens automatisch verwerkt konden worden.

Ik heb trouwens ook gedoctoreerd over de poolbeweging van de Aarde met een onderzoek naar betere wiskundige methoden om dit fenomeen te bestuderen. 

 

Vervolgens bent u overgestapt naar de dienst seismologie?

 

Inderdaad. Dat was in 1985 toen men daar iemand zocht die wat afwist van wetenschappelijke informatica. In 1983 was er een zware aardbeving geweest in Luik. Dat was de tijd toen alle aardtrillingen nog grafisch werden waargenomen op papier waarbij alle metingen uitgevoerd werden met de meetlat en alle gegevens netjes werden opgeschreven op speciale formulieren. Men had reeds stappen ondernomen om het aantal seismologische stations te verhogen en de kwaliteit van de waarnemingen te verbeteren. Nu was ook het moment gekomen om het geheel te informatiseren en te digitaliseren. En zo zijn we vanaf 1985 begonnen met de uitbouw van een heel nieuw seismisch netwerk. De hele organisatie van die informatica, de installatie van de programma’s, de verwerking van de digitale gegevens en de overgang van het oude systeem naar het nieuwe, dat alles heb ik voor een groot deel op mij genomen. 

 

Seismologie heeft uiteraard veel grensoverschrijdende aspecten?

 

Wanneer er waar ook ter wereld een aardbeving plaatsvindt, dan is het nodig alle metingen samen te leggen om heel precies de plaats van het epicentrum te kunnen bepalen. Van zodra men het fenomeen aardbevingen echt begon te begrijpen, is men begonnen met de uitwisseling van gegevens en met het oprichten van internationale centra die samen een wereldwijd netwerk vormen. Seismologie is immers niet mogelijk zonder internationale samenwerking.

Het eerste officiële bewijs dat een aardbeving wereldwijd kan waargenomen worden werd geleverd in 1880 toen men in Potsdam registreerde dat er in Japan en aardbeving was geweest. Van toen af aan is men op vele plaatsen begonnen seismische stations op te richten. In Ukkel was dat het geval in 1899. Het was trouwens niemand minder dan Ernest Solvay, de grote mecenas die later ook die beroemde congressen met Einstein en co heeft georganiseerd in Brussel, die daar het paviljoen voor de seismologie heeft laten oprichten. Van toen af is men begonnen systematisch waar te nemen, tot 1910 met af en toe enige onderbrekingen omdat er soms geëxperimenteerd werd met de instrumenten, maar vanaf 1910 praktisch ononderbroken. Vanaf de jaren 1950 is men begonnen waarnemingsstations op te richten op andere plaatsen in ons land om ook zwakkere aardbevingen te kunnen registreren.

 

Hoe voorspelbaar zijn aardbevingen?

 

Anders dan bij het weer kan men onmogelijk voorspellen dat er zich morgen in die bepaalde streek een aardbeving zal voordoen. Maar voorspellen kan wel op een andere manier: de eeuwenlange ervaring heeft de mensheid geleerd dat er in welbepaalde zones vaker aardbevingen voorkomen dan in andere zones. Er valt zelfs een zekere regelmaat in te herkennen. Zo heeft men b.v. vastgesteld dat een aardbeving van magnitude vijf in onze streken zowat om de tien jaar voorkomt. In Californië heb je een gelijkaardige aardbeving om de maand, één van magnitude zeven om de twee à drie jaar en een aardbeving van magnitude acht om de tachtig jaar. Maar Californië bevindt zich op de San Andreas-breuklijn, terwijl de geologische structuur in onze streken anders is en wij ons niet aan zo’n zware aardbevingen moeten verwachten. Dit is toch al een zekere vorm van voorspelbaarheid. Als er in een bepaalde streek om de vijf jaar een aardbeving van magnitude zeven is, houdt men daar toch best rekening mee bij de constructie van gebouwen en andere infrastructuurwerken.

Voorts kan je aardbevingen ook statistisch voorspellen. Die voorspellingen zijn gebaseerd zijn op metingen bij vorige bevingen. Daaruit kan geconcludeerd worden dat een aardbeving van die bepaalde magnitude dat soort beweging zal meebrengen in de ondergrond ter plaatse. Om dat te realiseren maakt men geen gebruik van seismometers, maar van accelerometers. Dat zijn instrumenten die enkel de hevige beweging van de bodem meten. Een klassieke seismometer is zo gebouwd dat hij heel gevoelig is voor zeer kleine trillingen. Maar bij een zware beving raakt zo’n seismometer volledig gesatureerd, het signaal bereikt de maximale uitwijking van het toestel met als gevolg dat we geen informatie hebben over de uitwijking die de beving ter plaatse heeft te weeg gebracht. En daarom wordt gebruik gemaakt van accelerometers, tamelijk eenvoudige toestellen die, zoals gezegd, enkel de maximale waarde van de uitwijking geven. Maar het achterhalen van de invloed van de voorbijkomende beving op de ondergrond is wel degelijk zeer belangrijke informatie. Want de uitwijking zal erg verschillend zijn wanneer een zelfde aardbeving zich voordoet in een gebied waar de bodem rotsachtig is of waar de bodem bestaat uit zand of leem. Zand- en leemgronden zullen b.v. de uitwijking versterken. En dat is echt cruciale informatie voor de beleidsmakers. Aan de hand daarvan kan men de samenleving zo veel mogelijk behoeden voor de gevolgen van een zware aardbeving. Ingenieurs kunnen speciale bouwplannen ontwerpen waarbij de gebouwen zodanig geconstrueerd zijn dat ze  bestaan uit afzonderlijke eenheden die ten opzichte van elkaar kunnen bewegen. Bijgevolg zullen ze niet zomaar beginnen meetrillen in één vloeiende beweging en verkleint de kans op een instorting aanzienlijk.

 

U bent hoofd van het departement referentiesystemen en geodynamica. Ongetwijfeld is ook het GPS-systeem voor jullie een belangrijk instrument? 

 

Op de KSB stellen een aantal wetenschappers met behulp van GPS-metingen een Europees referentiesysteem op voor plaatsbepaling, het EUREF ofte European Reference System. De eerste generatie geodetische satellieten waarmee men een nauwkeurigheid kon bereiken van één meter, is intussen overgenomen door de GPS-satellieten. Met als resultaat een verbluffende nauwkeurigheid tot op minder dan één centimeter.

Op die wijze kan men vanuit de ruimte de verschillende tektonische platen waaruit de aardkorst is opgebouwd ten opzichte van elkaar zien bewegen en op basis daarvan al die bewegingen in kaart brengen. Dat is b.v. een belangrijke wetenschappelijke toepassing van de GPS naast de vele louter commerciële toepassingen ervan.

 

En waarom meten jullie de zwaartekracht op de KSB?

 

Wij houden een databank bij van alle zwaartekrachtmetingen in het land. Te weten welke de waarde van de zwaartekracht is op verschillende plaatsen in ons land is ook een soort referentiesysteem. Gemakkelijkheidshalve spreekt men van de Aarde als een bol, maar eigenlijk is het geen bol, het is ook geen vast voorwerp, maar wel een roterende massa die uit verschillende lagen en verschillende materialen is samengesteld. Bijgevolg zal de zwaartekracht zich afhankelijk van waar men zich bevindt op het aardoppervlak anders laten gevoelen. Satellieten die rond de Aarde draaien zijn uiteraard aan de aardse zwaartekracht onderhevig en zullen bijgevolg via de hoogte van hun baan een indicatie geven voor de verschillende waarden van deze kracht. Op de KSB beschikken wij over een speciale supergeleidende zwaartekrachtsmeter. Bij het bepalen van de zwaartekracht die wij ondergaan dient niet alleen rekening te worden gehouden met de aantrekking van de massa van de Aarde, maar ook met de middelpuntvliedende kracht. Op de pool zelf ervaart men geen middelpuntvliedende kracht want daar staat men stil. Aan de evenaar daarentegen is de middelpuntvliedende kracht maximaal. Als de as waarrond de Aarde draait een beetje schommelt, verandert meteen ook je afstand t.o.v. die poolas. En ook al is dat maar een dertigtal meter, zulke kleine verschillen kunnen met die speciale zwaartekrachtsmeter geregistreerd worden. Met dit toestel kunnen bovendien heel specifieke eigentrillingen van de Aarde gemeten worden, die ons heel wat onthullen over de samenstelling van het inwendige van onze planeet.

 

Hartelijk dank, mijnheer Verbeiren, voor deze boeiende uitleg.