Op zijn werkplek valt de schade nog wel mee als er iemand mobiel belt, maar vlak bij de veertien grote schotelantennes in het nabijgelegen Westerbork kan een mobiel babbelende wandelaar een hele telescoop tijdelijk onbruikbaar maken. “Daar is bellen echt strikt verboden”, zegt Boonstra.

Speld in een hooiberg

Eén keer, in 2000, nog voor de mobiele telefoniegolf, heeft er echt complete radiostilte geheerst rond de telescoop, vertelt Boonstra. Dat was toen de Amerikaanse sonde Mars Polar Lander was zoekgeraakt bij zijn afdaling op Mars. “Toen hebben we het normale meetprogramma opgeschort en samen met andere radiotelescopen, een hele dag geprobeerd om signalen van de Lander op te pikken”, vertelt de onderzoeker. Zo veel mogelijk apparatuur ging uit, zelfs die van de toegestroomde pers. Het was vergeefs, de sonde werd niet gevonden, zegt Boonstra, “maar dat was wel een van de leukste perioden in mijn promotieonderzoek.”

Normaal is de Drentse ether ook zonder bellers een stuk lawaaiiger. “27MC-‘bakkies’, marifoon, taxibanden, pagers, digitale televisie”, somt Boonstra op, “dat zijn meestal legitieme gebruikers, en die kunnen we niet vragen om op te houden, dus moeten we er mee leren leven.” Hij laat een plaatje zien dat de hemel boven Dwingeloo weergeeft, bekeken in het radiogolflengtegebied. “Hier zie je Cassiopeia, en hier een uitloper van de melkweg”, wijst Boonstra aan, “en hier, aan de rand, een stoorzender.” In het plaatje licht de stoorzender veel feller op dan de heelalbronnen, en projecteert hij ook grote storingslobben over het hele beeld. “En dit is hetzelfde plaatje met filtering”, laat Boonstra zien. De storing is nagenoeg verdwenen.

Beeldvorming

De schoonmaakactie is het resultaat van Boonstra’s filter-software, die toegepast is bij metingen met de Westerbork-telescoop, en die ook ingezet zal worden bij LOFAR (Low Frequency Array). Dat is de telescoop in aanbouw die bestaat uit duizenden kleine antennes, georganiseerd in antennestations verspreid over het noorden van Nederland, met uitlopers in de rest van Nederland en in Duitsland. De radiosignalen afkomstig van verre sterren en sterrenstelsels worden opgevangen en via hoge-bandbreedteverbinding gecombineerd tot een ongekend scherp beeld van de hemel in een radiofrequentiegebied, dat tot nog toe nauwelijks onderzocht is met deze gevoeligheid.

LOFAR is een typische array, een antenneontvangersysteem dat bestaat uit vele kleinere ontvangers. Pas door de signalen van de losse elementen met elkaar te combineren ontstaat het uiteindelijke beeld, met een veel grotere scherpte en gevoeligheid dan dat van de losse antennes. Door signalen van de antennes op een uitgekiende manier kunstmatig te vertragen kan met de array een ‘kijkrichting’ bepaald worden, een virtuele bundel waarmee de array de hemel afspeurt.

Oogkleppen

“Het mooie is dat arrays op dezelfde manieren ook extra mogelijkheden geven om stoorzenders niet te zien. ‘Nulling’ heet dat”, zegt Boonstra. Daarbij combineer je signalen zó, dat je in een richting juist níet kijkt, namelijk de richting van de stoorzender. “Om dat optimaal te kunnen doen en zo veel mogelijk signaal over te houden, heb ik speciale wiskundige technieken toegepast”, vertelt Boonstra.

De hemelsignalen die de vele antennes ontvangen zijn zo zwak dat ze kleiner zijn dan de ruis van de ontvangers. Maar omdat de signalen voor elke ontvanger gelijk zijn, in tegenstelling tot de ontvangerruis, zijn ze zichtbaar te maken door de samenhang, ofwel de correlatie, tussen alle signalen te bepalen.

“De wiskundige technieken daarvoor zijn op zich niet nieuw; ze worden al decennia gebruikt. Wat binnen de radioastronomie wel nieuw is, is nulling gebaseerd op deze correlatietechnieken, en ook speciale technieken om uit deze correlaties weer het uiteindelijke beeld te destilleren. Het bleek dat technieken geleend uit de telecomwereld, de econometrie en de psychologie daar heel geschikt voor zijn, en ook storingen goed kunnen onderdrukken”, legt Boonstra uit.

Daarbij was het ook belangrijk om uit te zoeken hoe de filters de kalibratie beïnvloeden, de precieze instellingen van de apparatuur, waarmee het beste signaal wordt opgevangen. “Het bleek dat ‘nulling’ en kalibratie nauw met elkaar verweven waren”, zegt Boonstra. Zonder goede kalibratie is er geen goede ‘nulling’ mogelijk, maar het werkt ook andersom: door de ‘nulling’ goed in te stellen was ook de kalibratie al deels gedaan. “Dat was toch wel een verrassend resultaat.”

Schoon plaatje

Boonstra, afgestudeerd technisch natuurkundige die bij ASTRON al langer werkte als systeemingenieur, besloot tot zijn promotieonderzoek, in deeltijd, om eindelijk eens dieper in te kunnen gaan op zijn vak. “Ik heb in de jaren dat ik hier werkte heel veel geleerd, maar vooral in de breedte”, zegt hij, “op een gegeven moment begon dat te kriebelen: ik wilde ook de diepte in. Toen de mogelijkheid zich voordeed heb ik direct ja gezegd.”

Hoewel de afwisseling met zijn gebruikelijke werk de promovendus soms zwaar viel, ging het onderzoek in het algemeen vlot. “Als het eens minder ging, kon ik naar mijn promotor aan de Technische Universiteit Delft gaan, die had dan genoeg ideeën, vragen en enthousiasme om me er weer bovenop te helpen. Dat werkte goed. Maar het mooiste vond ik toch dat je het voor je ogen ziet gebeuren dat je methodes werken. Dat je een plaatje maakt dat veel schoner is dan het origineel.”

De artikelen in de brochure Technologisch Toptalent 2006 werden geschreven door wetenschapsjournalist Bruno van Wayenburg.