Leire i fritt fall
Fortsatt forstår vi ikke leiras fysiske egenskaper. Hvordan oppfører leire seg i vektløs tilstand? Det får vi vite når trøndersk leire til høsten blir med på parabelflygninger over Bordeaux.
I den franske byen Bordeaux har den europeiske romfartsorganisasjonen ESA en ombygd Airbus A300, ved navn Zero-G. Den brukes til parabelflygninger, der hensikten er å oppnå vektløs tilstand.
Siden 1996 har europeiske forskere stått i kø for å få plass til seg og prosjektene sine på dette flyet. For hva skjer egentlig med saker og ting når gravitasjonskraften opphører?
Til høsten er det norsk leire som skal ut og fly.
Astronautisk opplevelse
ESAs studentprogram Fly Your Thesis – An Astronaut Experience gir noen få, utvalgte studenter anledning til å utvikle og gjennomføre eksperimenter som krever vektløshet.
Team Complex er navnet doktorgradsstipendiatene Elisabeth Lindbo Hansen og Henrik Hemmen fra NTNU har gitt seg selv i sakens anledning. Etter en lang utsilings- og presentasjonsrunde trakk teamet ett av de fire vinnerloddene:
De skal studere hvordan plateformede nanopartikler av leire – finfordelt i saltvann – organiserer seg i vektløs tilstand, upåvirket av gravitasjon.
Det kan få betydning for både forebygging av leirras og utvikling av nye materialer.
20 sekunders vektløshet
Zero-G flyr oppover i 45 graders vinkel før det slår av motoren og undergir seg naturkreftene. (Foto: ESA)
Vektløsheten oppnås på denne måten:
Flyet føres oppover i 45 graders vinkel. Pilotene kutter motorkraften, og flyets bevegelse følger en bue, en parabel, til nesa peker mot bakken og motorene startes igjen. Hver parabel varer i 20 sekunder, da alt og alle om bord er vektløse. (Se animasjon her)
I løpet av to dager får studentene oppleve 60 parabler på 20 sekunder hver. I løpet av disse sekundene skal eksperimentet utføres – mens både studentene og leira altså er i fritt fall.
– Jeg er ikke nervøs for å oppleve vektløshet. Tvert om. Jeg tror det blir utrolig artig, sier Lindbo Hansen.
Nanopartikler i saltvann
Leiren de to skal undersøke, er ikke spadd opp fra trøndersk grunn. Den er syntetisk, det vil si kunstig framstilt – men med samme kjemiske sammensetning som naturlig leire.
Den syntetiske leiren, som befinner seg inne i en glassylinder med saltvann, utsettes først for en strømning som gjør at leirpartiklene orienterer seg i samme retning. I vektløs tilstand kuttes strømningen.
Spørsmålet er hvor lang tid det tar før leirpartiklene igjen får en naturlig tilfeldig orientering, forårsaket av vannmolekylene som dytter borti partiklene.
På landjorda er det vanskelig å gjennomføre slike forsøk, fordi effekter av gravitasjonskraften ofte forstyrrer diffusjonsprosessen forskerne ønsker å studere.
Lys og farge
Leire finfordelt i saltvann. Lys, form og farge kan fortelle hva slags, og hvor stor grad av, orden eller uorden som hersker blant leirpartiklene. (Foto: Elisabeth Lindbo Hansen, NTNU)
Det håndfaste resultatet av eksperimentet vil være bilder av sylindrene med leiroppløsning, tatt gjennom kryssede polarisatorer. Det er plater som fungerer etter samme prinsipp som polaroide solbriller.
Lindbo Hansen demonstrerer ved å holde to polarisatorplater med vertikal og horisontal polarisering foran en lyskilde. Lyset slipper ikke gjennom. Men når hun plasserer en prøve med leire og vann mellom platene og rister på den, får vi dobbeltbrytning og ser både lys, vakre farger og mønstre.
Lyset og fargene kan fortelle hva slags, og hvor stor grad av, orden eller uorden som hersker blant leirpartiklene.
– Dette er grunnforskning. Vi ønsker rett og slett å forstå mer av hvordan disse materialsystemene fungerer, sier Lindbo Hansen.
Forstå leirras?
Det er langt fra Namsos til Bordeaux. Men det er leirgrunn begge steder. Og kanskje kan studiet av de bitte små leirpartiklenes organisering også gi økt forståelse av hva som skjer i forbindelse med et leirras.
Verdalsraset i 1893 er norgeshistoriens verste skredulykke i moderne tid. Tre kvadratkilometer av Verdal forsvant i leirmassene.
– Det er fortsatt mange ubesvarte spørsmål, blant annet om hva som skjer når et ras først er utløst.
– Jo mer vi skjønner av leiras grunnleggende fysikk, jo bedre. For eksempel for å kunne forebygge leirras, supplerer professor Jon Otto Fossum, studentenes veileder.
Ukjente egenskaper
Likevel er de grunnleggende fysiske egenskapene til slike materialer som leire representerer, ennå ikke fullt ut forstått.
– Studier av hvordan nanopartikler av leire oppfører seg i vektløs tilstand, kan også gi kunnskap som trengs for å lage nye materialer – for den saks skyld i verdensrommet, hvor tyngdekraften ikke vil forstyrre materialprosessering, sier Fossum.
Lenke:
