Nieuwe meetmethode brengt golven in de atmosfeer scherper in beeld
Hoog boven ons hoofd, in de dunne buitenste lagen van de atmosfeer, razen onzichtbare golven door de lucht. Ze ontstaan bijvoorbeeld door aardbevingen, onweer of poollicht, en satellieten meten ze al jaren. Maar die metingen goed analyseren, bleek tot nu toe lastiger dan gedacht.
Het gaat om zogeheten akoestisch-zwaartekrachtgolven: golven die ontstaan door een samenspel van geluid en zwaartekracht in de ijle buitenste lucht rond onze planeet. Ze zijn te vergelijken met rimpelingen in een vijver, maar dan in de atmosfeer en op veel grotere schaal. Wetenschappers willen deze golven goed in kaart brengen, omdat ze iets vertellen over wat er in de atmosfeer gebeurt.
Tot nu toe gebruikten onderzoekers vooral een techniek die 'wavelet-analyse' heet. Dat is een wiskundige methode om een signaal op te splitsen in golfpatronen. Het probleem: deze methode heeft een ingebouwde beperking. Je kunt nooit tegelijk heel precies weten waar een golf zich bevindt én hoe die golf er exact uitziet. Dat heet het onzekerheidsprincipe, en het beperkt hoe scherp je zulke metingen kunt analyseren.
Een onderzoeksteam bedacht nu een andere aanpak. In plaats van naar het hele signaal te kijken, richten ze zich op de vorm van drie opeenvolgende halve golfbewegingen: één in het midden en twee ernaast die precies tegengesteld bewegen. Door alleen naar de hoogte en positie van die drie stukjes te kijken, kunnen ze alle belangrijke eigenschappen van de golf terugrekenen, zoals de lengte en de sterkte ervan.
De onderzoekers testten hun methode ook op een praktisch probleem: het faseverschil tussen verschillende onderdelen van een golfveld. Simpel gezegd gaat het om het verschil in timing tussen twee golfbewegingen die met elkaar samenhangen. Het team ontdekte dat dit verschil bestaat uit twee delen: een bekend deel dat hoort bij een simpele, egale golf, en een kleiner deel dat afhangt van de precieze vorm van het golfpakket. Dat tweede deel levert volgens de onderzoekers een "gematigde correctie" op het eerste.
Om te checken of hun aanpak klopt, gebruikten de onderzoekers echte metingen. Ze haalden data op van de satelliet Dynamic Explorer 2, die in de jaren tachtig over de polen van de aarde vloog en metingen in de lage baan om de aarde verzamelde. Over meerdere omlopen van de satelliet bleek de nieuwe methode goed aan te sluiten bij wat de theorie voorspelde. De gemeten verstoringen bleken inderdaad middelgrote akoestisch-zwaartekrachtgolven te zijn, die bijna horizontaal door de atmosfeer bewegen.
Wat betekent dit (nog) niet: Dit is een nieuwe meetmethode, getest op data van één satelliet over een beperkt aantal omlopen. Het is geen doorbraak in klimaatkennis zelf, maar een verbeterde manier om bestaande satellietgegevens nauwkeuriger te analyseren. Of de methode net zo goed werkt bij andere soorten golven of andere satellieten, moet nog verder onderzocht worden.