Je leest:

Het grootste oog van de wereld

Het grootste oog van de wereld

Auteur: | 18 maart 2005

Sterrenkundigen willen maar één ding: grotere telescopen. Maar hoe bouw je een sterrenkijker met een middellijn van dertig meter?

Bij het Mirror Lab van de Universiteit van Arizona wordt komende zomer een begin gemaakt met de bouw van de grootste telescoop ter wereld. Dat wil zeggen: de eerste 8,4-meter spiegel voor de Giant Magellan Telescope (GMT) wordt dan gegoten. Er volgen er nog zes. In 2016 moet de GMT in gebruik genomen worden, waarschijnlijk op de Las Campanas-sterrenwacht in Chili. Met een effectieve spiegelmiddellijn van 24,5 meter is het de eerste van de nieuwe generatie monstertelescopen, maar tevens een van de kleinste. In de Verenigde Staten bestaan vergevorderde plannen voor de bouw van een 30-meter telescoop, en in Europa wordt zelfs gedacht aan spiegelmiddellijnen van 50 of 100 meter.

Illustratie van de Zweedse Euro50-telescoop.

Hoewel de Hubble Space Telescope al sinds 1990 in een baan om de aarde draait, waar je geen last hebt van de trillende dampkring, blijven telescopen op de grond altijd nodig, al was het maar omdat ze veel groter kunnen zijn dan ruimtetelescopen. Dankzij geavanceerde technologieën zijn er de afgelopen jaren veel telescopen verrezen met spiegelmiddellijnen tussen 6,5 en 10 meter. Om gewicht en kosten te besparen wordt daarbij vaak gebruik gemaakt van meniscusspiegels – gebogen spiegels die nergens dikker zijn dan pakweg 20 centimeter. Met behulp van adaptieve optiek worden de beeldverstoringen als gevolg van dampkringtrillingen gecompenseerd door computergestuurde flexibele hulpspiegels in de lichtweg, die honderd maal per seconde een heel klein beetje van vorm veranderen.

Spiegels groter dan een meter of acht kun je echter niet meer uit één stuk maken, en zelfs als dat mogelijk was, zou je ze nauwelijks naar de plaats van bestemming kunnen vervoeren. De vier afzonderlijke 8,2-meter telescopen van de Europese Very Large Telescope (VLT) op Cerro Paranal in noord-Chili hebben nog een enkelvoudige spiegel, maar de twee identieke Amerikaanse 10-meter Keck-telescopen op Mauna Kea, Hawaii, maken gebruik van gesegmenteerde spiegels, waarbij het paraboloïdevormige spiegeloppervlak is samengesteld uit 32 zeshoekige segmenten, elk met precies de juiste asymmetrische kromming.

Zowel bij de VLT als bij de twee Keck-telescopen kunnen astronomen ook interferometrie bedrijven – een techniek die op radiogolflengten al lang wordt toegepast, onder andere bij de radiotelescoop in Westerbork. Bij interferometrie worden de signalen van verschillende telescopen in fase bij elkaar ‘opgeteld’, waardoor het lijkt alsof de afzonderlijke spiegels deel uitmaken van één extreem groot spiegeloppervlak, met een overeenkomstige hoge beeldscherpte. Het is een complexe techniek: er moet continu gecompenseerd worden voor de variërende onderlinge positie van de afzonderlijke telescopen, met een precisie van een paar nanometer.

De twee huidige 6,5-meter Magellan-telescopen op Las Campanas, gebouwd door een consortium van Amerikaanse universiteiten onder leiding van het Carnegie-instituut, zijn bijvoorbeeld al een paar jaar in bedrijf, maar de geplande interferometrie heeft men nog steeds niet volledig onder de knie. Bij het ontwerp van de inmiddels vrijwel voltooide Large Binocular Telescope (LBT) op Mount Hopkins in Arizona werd dan ook gekozen voor het plaatsen van twee 8,4-meter spiegels op één kolossale montering. De spiegels bewegen niet ten opzichte van elkaar, waardoor interferometrie veel eenvoudiger wordt. Als de LBT eind 2005 klaar is, heeft hij de gevoeligheid van een 11,8-meter spiegel en de beeldscherpte van een denkbeeldige 22,8-meter telescoop. (Overigens blijft de LBT daarmee in beide opzichten achter op de Keck Interferometer en de Very Large Telescope Interferometer.)

In de toekomstige Giant Magellan Telescope worden niet twee, maar zeven 8,4-meter spiegels op één montering geplaatst. Wat dat betreft is het een turboversie van de Large Binocular Telescope. Maar in tegenstelling tot de LBT krijgt de GMT één brandpunt. De zeven afzonderlijke spiegels zijn dus in feite kolossale segmenten, die samen één paraboloïde vormen. De centrale ‘on axis’-spiegel is rotatiesymmetrisch; de andere zes (‘off axis’) zijn aan één kant iets sterker gekromd dan aan de andere kant – een compleet nieuwe uitdaging voor het gerenommeerde Mirror Lab. Het grotere aantal spiegels betekent dat de GMT niet alleen een zeer hoge beeldscherpte zal hebben, maar ook veel gevoeliger zal zijn voor extreem lichtzwakke objecten: het totale spiegeloppervlak is drieënhalf maal zo groot als dat van de LBT.

Omdat de Giant Magellan Telescope door hetzelfde consortium wordt gebouwd als de twee bestaande 6,5-meter Magellan-telescopen, is het vrijwel zeker dat hij ook op Las Campanas zal verrijzen. Voor de eveneens Amerikaanse Thirty Meter Telescope (TMT) is de locatie echter nog lang geen uitgemaakte zaak. Zowel in noord-Chili als in Mexico en op Hawaii worden momenteel proefwaarnemingen en metingen gedaan. De TMT wordt de grote broer van de twee Keck-telescopen, met ongeveer duizend zeshoekige segmenten in plaats van 32. De ontwerpers spelen op safe: het gaat om een beproefde techniek. Het is zelfs niet uitgesloten dat de TMT eerder in bedrijf genomen zal worden dan de GMT.

Zweedse sterrenkundigen hebben inmiddels plannen klaarliggen voor de bouw van een 50-meter telescoop (Euro50), die op La Palma gebouwd zou moeten worden, en die net als de TMT een paraboolvormige, gesegmenteerde spiegel moet krijgen. Maar ingenieurs en optici van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht nemen zelfs met 50 meter geen genoegen. Hun OverWhelmingly Large Telescope (OWL) moet een middellijn van 100 meter krijgen. Het spiegeloppervlak van deze kolos wordt groter dan dat van alle telescopen in de geschiedenis samen. OWL krijgt een sferische spiegel, zodat alle segmenten identiek en symmetrisch zijn, en aan de lopende band geproduceerd kunnen worden. Om de beeldfouten van de sferische hoofdspiegel te corrigeren, is een gigantische optische corrector ontworpen met speciaal gevormde spiegelelementen van 8 meter doorsnee. OWL kan in Chili terecht komen, maar misschien ook in Oezbekistan, Tibet of Antarctica.

De race om het grootste en gevoeligste oog ter wereld is in volle gang, maar de toekomst moet uitwijzen welke techniek zich het best leent voor de bouw van een monstertelescoop: één kolossale montering of een aantal kleinere (zoals bij de huidige Very Large Telescope); grote spiegels met elk hun eigen brandpunt of één gezamenlijk focus; een klein aantal ronde ‘segmenten’ van ruim 8 meter of honderden zeshoekige van anderhalve meter; een moeilijker te fabriceren paraboloïde of een eenvoudiger sferisch spiegeloppervlak met een complexe corrector.

Misschien wordt er nog wel een nieuwe techniek ontwikkeld waar tot nu toe niemand aan heeft gedacht. In Vancouver is al een relatief spotgoedkope 6-meter telescoop gebouwd waarvan de hoofdspiegel bestaat uit een bak kwik. Door die met de juiste snelheid rond te laten draaien, krijg je vanzelf een spiegelend parabooloppervlak. Als je achttien van zulke kwiktelescopen, elk met een spiegelmiddellijn van 10 meter, bij elkaar zet en als interferometer laat werken, heb je de Large-Aperture Mirror Array (LAMA): een 50-meter telescoop die nauwelijks duurder is dan de Keck. Eén minpuntje: hij kan alleen recht omhoog kijken. Gelukkig komt daar in de loop van de nacht allerlei interessants voorbij.

Dit artikel is eerder verschenen in de Volkskrant

Dit artikel is een publicatie van Allesoversterrenkunde.nl.
© Allesoversterrenkunde.nl, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 18 maart 2005
NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.