Gravimeter
Ein Gravimeter ist ein Messgerät, mit dem die Schwerebeschleunigung an einem geographischen Ort bestimmt wird. Sie wird beeinflusst von
- der Gravitationsbeschleunigung der Erde
- der Zentrifugalbeschleunigung
- dem Abstand zum Erdschwerpunkt
- der Gezeitenwirkung, also der Gravitation von Mond und Sonne
- dem umgebenden Gelände
- Dichteunterschieden im Untergrund
Siehe auch Gravimetrie.
Der Begriff Gravimeter bezeichnete früher auch eine besondere Form des Aräometers (Flüssigkeitsdichtemessgerät), das Gewichtsaräometer.
Absolutgravimeter
Absolutgravimeter messen den absoluten Wert der Schwerebeschleunigung. Sie sind daher an jedem Ort, auch außerhalb der Erde, ohne weitere Kalibrierung einzusetzen.
Ein Typ von Absolutgravimetern vermisst den Fall bzw. die Fallgeschwindigkeit von Körpern (meist Reflektoren). Auch ist es möglich, ein Objekt (Reflektor) in die Höhe zu schießen und anhand der an zwei Punkten gemessenen Durchgangszeiten (= vier Zeitpunkte) die Gravitation zu bestimmen. Solche Absolutgravimeter sind meist groß und unhandlich. Sie werden oft nur auf festem Untergrund eingesetzt. Es gibt aber auch Absolutgravimeter für den Einsatz in Flugzeugen (Absolute Airborne Gravimetry).
Ein anderer Typ von Absolutgravimetern nutzt das Prinzip der Pendelschwingungen, siehe Pendelgravimeter.
Relativgravimeter
Relativgravimeter messen die Veränderung der Schwerebeschleunigung gegenüber einem Nullpunkt.
Relativgravimeter beruhen auf dem Prinzip der newtonschen Federwaage. Dabei wird aber nicht die Änderung der Federlänge gemessen, sondern die Änderung kompensiert und gemessen, wie stark man kompensieren muss.
Die einfache Form einer vertikal aufgehängten Feder ist zu ungenau, um zufriedenstellende Messgenauigkeiten zu erzielen. Um z. B. Schwerebeschleunigungen im Bereich von mGal, bzw. 10 μm/s2 auflösen zu können, müsste man Veränderungen der Auslenkung im μm-Bereich messen.
Ein Ausweg ist die Astasierung von Gravimetern. Die Feder wird so angebracht, dass eine geringe Änderung der Schwerebeschleunigung eine große Auslenkung der Feder zur Folge hat. Im LaCoste-Romberg-Gravimeter wird dies durch die schräge Aufhängung der Feder erreicht. Mit Hilfe der Stellschraube wird das Gravimeter zum Ablesen des Wertes der Schwerebeschleunigung in die Nullposition gebracht. Mit Hilfe eines reflektierten Lichtstrahles kann die Erdbeschleunigung auf einer relativen Skala sehr genau abgelesen werden.
Supraleitendes Gravimeter
Durch kapazitive Vermessung der Schwebehöhe einer Niobhohlkugel von etwa 25 mm Durchmesser über einem supraleitenden Ring, in dem ein Strom bei der Temperatur flüssigen Heliums widerstandslos fließt, wird die Schwerkraft sehr präzise gemessen. Die Messauflösung beträgt 0,1 nm/s².<ref>https://www.bkg.bund.de/DE/Observatorium-Wettzell/Messsysteme-Wettzell/Lokale-Messsysteme/Gravimeter/gravimeter_cont.html Das supraleitende Gravimeter, Geodätisches Observatorium Wettzell (BRD), (c) 2017, abgerufen am 23. Mai 2017</ref><ref><templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />Archivierte Kopie ( des Vorlage:Referrer vom 5. März 2016 im Internet Archive)Vorlage:Webarchiv/archiv-bot DGG-Tagungsband, 2009, abgerufen am 17. Juni 2013</ref> Auch ein solches supraleitendes Gravimeter, das bereits bei Raumtemperatur funktioniert, wurde bereits entwickelt und getestet.<ref>Welt der Physik: Skriptfehler: Ein solches Modul „Vorlage:Internetquelle“ ist nicht vorhanden. 2. April 2024, abgerufen am 8. April 2024.</ref>
Diamagnetisch levitiertes Gravimeter
Ohne Kryotechnik kommt ein Gravimeter aus, das auf diamagnetischer Levitation eines kleinen Magneten basiert. Hierbei Änderungen in der Oszillation des Magneten durch Detektion der Lichtintensität erfasst, die von einem Laserstrahl auf einen Photodetektor abgegeben wird. Diese Methode erlaubt es, mit einer Empfindlichkeit von 15 µGal/√Hz Gravitationseffekte zu detektieren, einschließlich der täglichen solaren und lunaren Gravitationsoszillationen, die die Gezeiten verursachen.<ref>Skriptfehler: Ein solches Modul „Vorlage:Literatur“ ist nicht vorhanden.</ref><ref>Skriptfehler: Ein solches Modul „Vorlage:Internetquelle“ ist nicht vorhanden. Abgerufen am 26. Juli 2024 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).</ref>
Quanten-Gravimeter
Eine vielversprechende Anwendung ist das Quanten-Gravimeter (engl. quantum gravimeter). Dabei wird in einer magnetisch abgeschirmten Hochvakuumkammer nahe am absoluten Nullpunkt der Temperatur (etwa 1 μK) eine Testmasse aus 106 bis 107 Rubidium-Atomen fallen gelassen. Deren Abwärtsbewegung wird mit Hilfe eines Laser-Strahls mit einer ultrahohen Auflösung gemessen. Aus den Messwerten kann die lokale Erdbeschleunigung mit einer Genauigkeit von 10−9g ermittelt werden.<ref>Ménoret, V.; Vermeulen, P.; Desruelle, B.; et al.: Skriptfehler: Ein solches Modul „Vorlage:Internetquelle“ ist nicht vorhanden. Nature, ScientificReports 8, 2018, abgerufen am 20. August 2025 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).</ref>
Einzelnachweise
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