Je leest:

Ballonsterrenkunde boven Antarctica

Ballonsterrenkunde boven Antarctica

Stratospheric Terahertz Observatory gaat stervorming onderzoeken

Auteur: | 14 december 2015

Al enkele weken verblijft technicus Wouter Laauwen op Antarctica om voorbereidingen te treffen voor de lancering van het Stratospheric Terahertz Observatory 2. Vanaf deze maand vliegt de experimentele telescoop twee weken boven het poolcontinent om metingen te doen aan sterren en planetenstelsels in wording.

Herkansing voor STO2

Afgelopen jaar gooide slecht weer roet in het eten: STO2 kon niet vertrekken. Begin december 2016 ziet het er veel beter uit, de weerballon met daaronder het kostbare observatorium is vertrokken voor een twee weken durende missie hoog in de atmosfeer van Antarctica.

Je moet wat over hebben voor de wetenschap. Het trotseren van de Antarctische kou met een toiletrol bijvoorbeeld. Het overkwam Wouter Laauwen, technicus bij het Netherlands Institute for Space Research SRON die al enkele weken op het McMurdo-station op Antarctica verblijft. Normaal gesproken beschikken de pakweg duizend onderzoekers in McMurdo gewoon over een binnentoilet. Maar toen uitgerekend die van Laauwen kapot ging, zat er niets anders op dan naar een toilethuisje buiten te gaan. En de behoefte doen in iets wat de locals de long drop noemen, een gat door dertig meter pakijs. “Ik moest de sneeuw van de bril afvegen”, aldus Laauwen.

McMurdo Station is het grootste onderzoeksstation op Antarctica. Het biedt plek aan ruim 1200 wetenschappers die er vaak weken tot maanden verblijven.
Gaelen Marsden

Laauwen verblijft sinds 9 november op Antarctica en is daar om het Stratospheric Terahertz Observatory 2 (STO-2) klaar te maken voor de vlucht. STO-2 is een telescoop die onderaan een gigantische heliumballon onderzoek gaat doen naar gaswolken in onder andere de Melkweg waaruit uiteindelijk zonnestelsels zoals het onze ontstaan. De betrokken Nederlandse en Amerikaanse wetenschappers hopen beter te begrijpen hoe een grote verscheidenheid aan sterren kan ontstaan.

Samen met zijn collega Darren Hayton sleutelt Laauwen aan de gevoelige detector van STO-2. Zij moeten zorgen dat deze straks feilloos werkt als hij veertig kilometer boven het poolcontinent aan een ballon bungelt.

Lees het blog dat Wouter Laauwen bijhoudt van zijn werkzaamheden op Antarctica.

Ideaal voor ballonnen

De dagen in McMurdo Station volgen een ijzeren stramien. Ze zijn monotoon misschien. Laauwen vertelt over de verrassend heldere telefoonlijn dat hij vroeg opstaat, douchet en ontbijt (‘Amerikaans, warm en voedzaam eten’) en om half acht ’s ochtends al in de bus zit naar de hangaar waar technici STO-2 opbouwen. Het is vijftien kilometer rijden van McMurdo en ligt op een plaat zeeijs. ’s Avonds om half zes begint de terugreis en om half zeven mag hij aanschuiven voor het diner, waarna hij de avond voor zichzelf heeft. Alhoewel hij zijn kamer wel met een collega moet delen.

Het is lente op Antarctica en dat betekent dat het relatief warm is, zo rond het vriespunt. De zon schijnt veel – ook ’s nachts – en het is er erg mooi, zegt Laauwen. “Alleen als de wind opsteekt dan is het meteen verschrikkelijk koud, dan is het essentieel dat je big red aanhebt, een rode jas met de dikte van een dekbed.”

De BICEP2-detector op Antarctica.
BICEP2/Dispatches from the Bottom of the World

Maar waarom werken pakweg vijftien technici op dat koude en onontbeerlijke continent aan STO-2? Dat heeft juist alles te maken met de weersomstandigheden op Antarctica. De eigenschappen van de atmosfeer om precies te zijn. De lucht boven het stijf bevroren continent is rustig en heeft geen last van sterke straalstromen, bovendien is de atmosfeer erg droog. Door de lage temperaturen is er nauwelijks sprake van verdamping.

De rustige atmosfeer is ideaal voor ballonmissies die in de regel een hoogte van rond de veertig kilometer bereiken, de geringe luchtvochtigheid is perfect voor STO-2 die infrarode straling uit het heelal detecteert die door het water wordt geabsorbeerd dat zich doorgaans in de lagere luchtlagen ophoudt.

Een keurig rondje

STO-2 is een flink apparaat. De ‘gondel’ waar de telescoop in hangt is vijf meter hoog en meet verder twee bij twee meter. Aan de zijkant zitten twee grote zonnepanelen, vliegwielen houden het geheel stabiel. Het hart van het observatorium is een telescoop met een diameter van zeventig centimeter. De signalen die hij opvangt geeft hij door aan de ultragevoelige detector en elektronica die onderin de gondel zitten.

De gondel.
Christopher Walker

Het is die detector waar de Nederlandse technicus Laauwen en zijn collega’s van SRON in beeld komen. Hoewel de missie van oorsprong van NASA was, werd het Nederlandse instituut erbij gevraagd vanwege hun ervaring met extreem gevoelige detectors, zoals die van de Herschel-ruimtetelescoop. De detector van STO-2 is van Nederlandse bodem.

Het stuk van de gondel waar deze meetapparatuur zich bevindt – de cryostaat – is extreem koud. Niet vanwege de grote hoogte of het feit dat het boven Antarctica is, maar vanwege de koeling met vloeibaar helium. “Je moet het eigenlijk zien als een omgekeerde thermosfles,” zegt Laauwen, “die is bedoeld om alles zo koud mogelijk te houden. De detector heeft een temperatuur van ongeveer -269 graden Celsius. Zo minimaliseren we warmtestraling van de apparatuur, iets dat de metingen zou verstoren.”

Parachute

Het geheel hangt straks aan een met helium gevulde ballon die op de grond nog een relatief bescheiden formaat heeft. In de ijle bovenste lagen van de atmosfeer zwelt hij op tot een gevaarte van wel honderd meter in diameter.

Maar hoe laat je een ballon veilig op in de barre omstandigheden van Antarctica, terwijl daaronder een apparaat van luttele miljoenen euro bungelt? Laauwen legt uit dat de gondel in eerste instantie aan een kraan op een truck hangt. “Zo valt hij niet om en kan de ballon hem niet over het ijs slepen”, zegt hij. “Volgens de huidige planning doen we op 20 december een ‘hangtest’ voor de volledige installatie en kan de lancering in de dagen daarna plaatsvinden, mits het weer goed is.”

Een eerdere lancering van een telescoop aan een weerballon op Antarctica. Deze telescoop – ATIC – ging in 2012 op zoek naar kosmische straling. Om te voorkomen dat de ballon de gevoelige en kostbare apparatuur over het ijs sleept, hangt deze in eerste instantie aan een rijdende kraan.
NASA

Eenmaal opgestegen verwachten de wetenschappers dat de ballon een keurig rondje vliegt boven het continent, net zoals de voorganger van de missie in 2012. “Dat is het mooie aan ballonmissies boven Antarctica,” zegt Laauwen, “de wind waait er in een cirkel waardoor de ballon doorgaans binnen twee weken weer ongeveer eindigt op de plek waar hij is begonnen. Dreigt STO-2 toch af te drijven richting zee dan koppelen we hem los en komt hij met een parachute naar beneden.”

Sterrenstof onder de loep

Zoals gezegd, STO-2 gaat onderzoek doen naar het ontstaan van sterren en planetenstelsels uit gaswolken die onder invloed van de zwaartekracht instorten. Het is al lang bekend dat er een cyclus is van sterren en bijbehorende planeten die ‘geboren’ worden uit gaswolken en na verloop van tijd ook weer exploderen op het moment dat de brandstof op is. Daarbij stuwen ze grote hoeveelheden materie het heelal in die vervolgens in nieuwe gaswolken terechtkomen en dienen als bouwstenen voor nieuwe sterren.

Gaswolk in de Melkweg. G333.6 – zoals zij heet – bevat vermoedelijk verschillende sterren die zijn gevormd doordat gas is samengetrokken door de zwaartekracht. STO-2 zal deze gaswolk onderzoeken.
IRAS

“Wat we minder goed weten is hoe de variatie in sterren ontstaan, dus waarom niet alle sterren min of meer even zwaar zijn”, zegt Floris van der Tak, bijzonder hoogleraar submillimeter-sterrenkunde van de Rijksuniversiteit Groningen en onderzoeker bij SRON. “STO-2 gaat daarom kijken naar de grootte van gaswolken, maar ook naar de temperatuur, de samenstelling en de beweging ervan. Factoren die allemaal van invloed zijn op de sterren die uiteindelijk ontstaan.”

Aan de ballon boven Antarctica gaat STO-2 het licht bestuderen afkomstig van gaswolken in onze Melkweg, maar ook in de Grote Magelhaense Wolk, een dwergsterrenstelsel in de buurt van de Melkweg. Omdat deze gaswolken te ver weg staan om er details in te kunnen ontwaren, passen Van der Tak en collega’s een truc toe. Ze kijken naar het soort licht dat de gaswolken uitzenden.

Overwinteren

“De golflengte van het licht verraadt ten eerste naar welke soort stoffen we kijken”, zegt Van der Tak. “STO-2 is gevoelig voor koolstof, stikstof en zuurstof die ons heel verschillende dingen vertellen over de gaswolk. Uit de verdeling van koolstof kunnen we een redelijke inschatting maken van de grootte van de wolk, via geïoniseerd stikstof is te achterhalen of er zich ergens in die wolk een (anders onzichtbare) ster bevindt en tot slot is via de straling van zuurstof te bepalen welke temperatuur de wolk heeft.”

Uiteindelijk hopen de STO-2-wetenschappers ook een veel grotere ruimtemissie te kunnen doen, zoals Herschel.

De missie is extra spannend omdat het de eerste keer is dat een deel van de technieken wordt gebruikt. Het meten van zuurstof op deze manier is nog niet eerder gedaan. “Wat dat betreft is STO-2 ook echt een test om te zien of we in de toekomst misschien wel een ruimtetelescoop kunnen uitrusten met dezelfde techniek”, zegt Van der Tak die met deze missie zo’n honderd gaswolken hoopt te bestuderen.

Of hij net als Laauwen naar Antarctica had gewild voor het onderzoek? “Nou, als niet-technicus ben ik daar niet zo nuttig, maar ik zou er graag heen willen. Het is het enige continent waar ik nog niet geweest ben”, zegt hij. “Liever zou ik er een paar dagen op vakantie zijn. Of ik er zo lang zou willen zitten weet ik niet.”

Laauwen geeft toe dat hij het ook wel weer fijn vindt als hij naar huis kan, in tegenstelling tot sommige wetenschappers op Antarctica. “In de winter blijven er meestal zo’n vijftig mensen over in McMurdo”, zegt hij. “Zij zijn tien maanden afgezonderd van de rest van de wereld. Grotendeels in het donker met temperaturen die zo laag zijn dat het levensgevaarlijk is om alleen al naar buiten te gaan. Dat ‘overwinteren’ is een vak apart en vergt een bepaald karakter. Dat is niet aan mij besteed.”

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 14 december 2015

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.