Column

Foplicht rond Titanic

De Titanic zoals die vanaf de Californian gezien zou zijn onder normale omstandigheden (boven) en zoals die waarschijnlijk (niet) gezien werd (onder).

Vorige maand was het honderd jaar geleden dat de Titanic zonk. In de nacht van 14 op 15 april 1912 voer ze ten zuiden van Newfoundland op een ijsberg. Meerdere schepen in de buurt hadden voor ijsbergen gewaarschuwd maar de uitkijk in het kraaiennest zag het gevaarte pas op het laatst in het duister opdoemen. Toen kon het niet meer worden ontweken.

Honderd jaar en één maand na de ramp is er opeens een goed doorgerekende verklaring voor de raadselachtige aanvaring. Een verklaring die in een moeite door een andere kwestie oplost die altijd een mysterie bleef: waarom het schip de Californian, dat die nacht binnen het zicht van de Titanic lag te wachten tot het weer licht werd, niet te hulp schoot.

Het zat hem waarschijnlijk in de bijzondere atmosferische omstandigheden. Die hadden zo’n vreemde invloed op de stralengang van het licht dat de bewuste ijsberg tot op het laatste moment onzichtbaar bleef en dat de Titanic er vanaf de Californian kleiner uit zag dan zij was. En dat niet duidelijk was wat het schip precies overkwam.

De Californian was een van de schepen die de Titanic radiotelegrafisch had gewaarschuwd voor zeeijs en ijsbergen. Zelf had zij bij het vallen van de nacht voor de zekerheid de motoren stilgelegd. Haar telegrafist schakelde tegen middernacht zijn radioapparatuur uit omdat de overbelaste Titanic-telegrafist last had van zijn morsesignalen. Wel hebben beide schepen daarna geprobeerd contact te maken met behulp van morselampen, maar die werden vreemd genoeg wederzijds niet opgemerkt.

“Veel wordt begrijpelijk als je ervan uitgaat dat er een inversie heerste boven het rampgebied,” zegt de Groningse fysicus Siebren van der Werf. “En het is meer dan aannemelijk dat de inversie er ook werkelijk was.” In een inversie kunnen vreemde optische effecten optreden.

Van der Werf weet wat een inversie is. Hij is de man die een sluitende verklaring vond voor het Nova Zembla-raadsel. Begin 1597 zagen de Hollandse overwinteraars op Nova Zembla na een lange poolnacht de zon twee weken eerder boven de horizon komen dan astronomisch mogelijk was: al op 24 januari. Vier eeuwen lang is daarover gepeinsd en gepuzzeld maar Van der Werf wist met een zelf ontworpen rekenprogramma het bewijs te leveren dat Barentsz en Van Heemskerk ‘slachtoffer’ waren geworden van een uitzonderlijke temperatuuropbouw van de atmosfeer. Die had de stralengang van de zon verstoord.

Onder gewone atmosferische omstandigheden heerst dichtbij het aardoppervlak een hogere temperatuur dan ver daarboven. Gemiddeld genomen daalt de temperatuur in de onderste luchtlagen met zo’n 0,65 graad per 100 meter. Lichtstralen die vallen door luchtlagen waarin de temperatuur (en daarmee de ‘optische dichtheid’) geleidelijk verloopt, raken licht afgebogen. De brekingswet van Snellius beschrijft dat. In het dagelijks leven zie je het alleen aan de afplatting van de ondergaande zon.

Van tijd tot tijd gaat het anders. Dan is het dicht tegen het aardoppervlak juist kouder dan hogerop. In Nederland gebeurt dat soms in windstille, heldere nachten als het aardoppervlak door uitstraling sterk afkoelt. Het treedt ook makkelijk op boven uitgestrekte sneeuw- en ijsvlakten, zoals in januari 1597 toen de Kara Zee ten oosten van Nova Zembla stijf bevroren was. In zo’n inversie, die zich tot tientallen of honderden meters hoog kan uitstrekken, is het temperatuurverloop meer dan 0,65 graad per 100 meter en van de weeromstuit buigen ook de lichtstralen sterker. Hoe ze precies buigen kan met het programma van Siebren van der Werf worden nagebootst. Hij wist er het Nova Zembla-verschijnsel kwantitatief mee te verklaren.

Dat er in die nacht van 14 op 15 april 1912 ten zuiden van Newfoundland ook een inversie heerste, is meer dan aannemelijk. In de loop van de middag was de Titanic de Labradorstroom binnengevaren waarin verspreide ijsvelden voorkwamen. De luchttemperatuur zakte abrupt met vele graden. Tegen middernacht werd het windstil, de zee was ongewoon kalm, erboven stond een glasheldere hemel waarin veel sterren te zien waren. De inversie staat eigenlijk wel vast.

Het vermoeden dat die inversie met bijbehorende ‘superrefractie’ van invloed is geweest op de zichtbaarheid van de ijsberg is al eerder uitgesproken. De Britse historicus Tim Maltin is er juist deze dagen opnieuw mee op de proppen gekomen in zijn boek A very deceiving night (Science, 13 april). Het was voor Siebren van der Werf aanleiding om de zaak eens te onderzoeken, want Maltin doet het alleen kwalitatief.

Maar, zegt Van der Werf, er zou dan een soort inversie moeten zijn geweest die, afgezien van die ijsberg, ook verklaart waarom de signalen van de morselamp werden gemist en die tegelijk de mogelijkheid openhoudt dat de drenkelingen vanuit de reddingsboten de Californian goed zagen. Want die leek vanuit de boten zo dichtbij dat sommigen besloten er heen te roeien.

Het programma dat Van der Werf ontwikkelde is verwant aan programma’s die anderen (zoals de Canadese ingenieur Waldemar Lehn en de Amerikaanse astronoom Andrew Young) ontwierpen om er afwijkende stralengangen, fata morgana’s en Nova Zembla-achtige verschijnselen mee te onderzoeken. Maar Van der Werf heeft zijn programma aanzienlijk verfijnd. Het werkt met zogenoemde ‘backward ray tracing’: het berekent hoe denkbeeldige lichtstralen die uit het oog van de waarnemer komen in de atmosfeer worden afgebogen. Dat is de makkelijkste manier om zichtbaar te krijgen vanuit welke zones geen licht in het oog kan vallen. Met wat trial and error vond Van der Werf een heel redelijke inversie (tot 30 meter hoog) die de meeste vermelde verschijnselen kon verklaren.

Met dit nieuwe gegeven liet hij het programma in detail berekenen hoe de Titanic die nacht vanaf de Californian werd waargenomen. Dat is op het onderste unieke plaatje te zien. Het is nu opeens begrijpelijk dat de bemanning van de Californian niet door had dat hier de Titanic lag en dat de signalen van de morselamp niet herkend werden. De witte vuurpijlen werden wel gezien, maar die golden in 1912 nog niet ondubbelzinnig als noodsignaal.

Is de reconstructie van Van der Werf aannemelijk? De gepensioneerde meteoroloog Gunther Können, zelf expert op het gebied van optische verschijnselen in de natuur, heeft weinig twijfel. “Het is een heel overtuigend verhaal. Het is bijzonder omdat Van der Werf de eerste is die de kwestie kwantitatief aanpakt. Ik ken Siebren ook van de Nova Zembla-reconstructie. Hij heeft op dit moment het mooiste ray tracing-programma dat er is.” Van der Werf: “Ik ben eigenlijk zelf ook wel tevreden over het resultaat.”

‘Het Nova Zembla verschijnsel – Geschiedenis van een luchtspiegeling’ verscheen in 2011 bij de Historische Uitgeverij. Het ray tracing programma staat op sites.google.com/site/siebrenvanderwerf/