Geoïde

De geoïde is het vlak op gemiddeld zeeniveau waar dezelfde zwaartekrachtpotentiaal heerst. Het vlak staat in elk punt loodrecht op de richting van de zwaartekracht en ligt dus overal waterpas. Het is het referentievlak waar hoogtemetingen aan gerelateerd worden. Door allerlei invloeden, zoals de aanwezigheid van bergen op land, en troggen in de oceanen, verschillen van dichtheid van de massa in het inwendige van de aarde, staat de zwaartekracht niet exact loodrecht op het geïdealiseerde model van de aarde, de afgeplatte bol, oftewel ellipsoïde, bijvoorbeeld WGS'84. De geoïde heeft over de hele aarde gemeten vele bulten en dalen, veroorzaakt door bevengenoemde invloeden. In Nederland worden hoogten gemeten ten opzichte van Normaal Amsterdams Peil (NAP). Dit kwam van oorsprong overeen met de geoïde. Door allerlei omstandigheden (meetonnauwkeurigheden, bodembewegingen e.d.) komt dit nu niet geheel overeen.

De geoïde wordt als referentievlak voor orthometrische hoogten gebruikt. Deze hoogten worden in veel landen gebruikt voor het nationaal hoogtestelsel. Uit waterpasmetingen (en zwaartekrachtmetingen) kunnen deze orthometrische hoogten worden bepaald. In Nederland wordt gebruikgemaakt van NAP-hoogten. Dit waren oorspronkelijk ook orthometrische hoogten, maar doordat het nulpunt van het NAP niet helemaal gelijk is aan gemiddeld zeeniveau en er in de loop van de tijd een lichte bodembeweging heeft plaatsgevonden, komen de NAP-hoogten nu niet meer helemaal overeen met orthometrische hoogten.

De geoïde is dus het NAP-vlak. Geoïdehoogten zijn de hoogten tussen de geoïde/NAP-vlak en een referentie-ellipsoïde, bijvoorbeeld WGS84, ETRS89 of Bessel.

Ligging geoïde in Nederland; meters boven WGS84 ellipsoïde

met

Waarom is de geoïde nodig?

De geoïdehoogten N zijn de afstand tussen de geoïde en een referentie-ellipsoïde. Met GPS meten we hoogten ten opzichte van de referentie-ellipsoïde. Omdat in Nederland alle hoogten worden uitgedrukt in het NAP moeten de ellipsoïdische hoogten h uit GPS worden omgerekend naar NAP-hoogten H middels de relatie H = h - N. Standaard voeren GPS ontvangers deze berekening zelf uit, gebruik makend van de waarden van N. In Nederland ligt de geoïde op een afstand oplopend van 40 meter in Noord-Oost Groningen tot 46 meter in Zuid-Limburg boven de WGS84 ellipsoïde, die standaard gebruikt wordt voor GPS positiebepaling.

In het verleden kon de geoïde slechts bepaald worden door astronomische waarnemingen (bepaling van de afwijkingen van de verticaal) of door zwaartekrachtmetingen (bepaling van de anomalieën van de zwaartekracht). Beide type waarnemingen kunnen slechts op het vaste land uitgevoerd worden. Vandaag kan men door waarneming van de variaties van bepaalde loopbaanparameters van kunstmatige satellieten een "globale geoïde" bepalen. Deze wordt opgegeven ten opzichte van de globale ellipsoïde WGS84. Hierdoor ontstaan "globale geodetische datums".

Recente ontwikkelingen

In 2002 lanceerde de Amerikaanse ruimtevaart organisatie NASA de missie Grace, waarbij 2 satellieten de verschillen in zwaartekracht meten door variaties in hun onderlinge afstand te bepalen. De Europese Ruimtevaartorganisatie ESA lanceerde op 17 maart 2009 de zeer gevoelige precisie satelliet GOCE (Gravity Field and Staedy State Ocean Circular Explorer) met drie paar precisie versnellingsopnemers aan boord. De satelliet zal op ca. 250 km hoogte boven de aarde cirkelen. De lancering stond gepland voor september 2008 vanaf de basis Plesetks in Noord Rusland, maar was door problemen met de Breeze-KM trap van de raket uitgesteld. Door een combinatie van geavanceerde positiebepaling en kalibreerbare versnellingsopnemers denkt men de geoïde met een precisie van 2 cm te kunnen bepalen bij een horizontale resolutie van 100 km. De beperkte horizontale resolutie maakt voor detail metingen nog steeds de ouderwetse metingen op land nodig.

Links

• ESA Goce
• Duitse publikatie over geodesie met mooi plaatje van de wereldwijde geoïde