Hoe ruimtetelescoop SPICA het geheim van de aarde ontrafelt

Onze planeet staat bol van het leven. Daarvoor moesten er nogal wat puzzelstukjes op hun plaats vallen. In het kosmische perspectief zijn twee dingen cruciaal: onze zon, die de ijzingwekkende gemiddelde temperatuur van het universum van zo’n minus 270 graden Celsius opkrikt naar omstandigheden voor vloeibaar water, én een aardbol met de juiste chemische elementen voor het ontstaan van leven.

Hoe het heelal van een oerknal die voornamelijk waterstof en helium produceerde, kwam tot een chemisch ‘verrijkt’ universum vol zwaardere elementen waarmee op minstens één plek leven ontstond, is voor de wetenschap allerminst duidelijk. Ruimtetelescoop SPICA (Space Infrared Telescope for Cosmology and Astrophysics) moet duidelijkheid geven.

Vanaf 2032 kan hij de samenstelling en dynamiek van een groot aantal verre sterrenstelsels meten. Én de vraag beantwoorden waarom stervorming zo’n tien miljard jaar geleden stokte. Dichter bij huis bekijkt de telescoop hoe zonnestelsels zoals het onze ontstaan, wanneer schijven van gas en stof ‘instorten’ onder invloed van de zwaartekracht.

Het belangrijkste onderzoeksinstrument van SPICA – het SpicA FAR infrared Instrument ofwel SAFARI – wordt in Nederland ontwikkeld. NEMO Kennislink brengt Peter Roelfsema van het Nederlandse onderzoeksinstituut voor ruimte-onderzoek SRON een digitaal bezoekje. Hij is hoofdonderzoeker van SAFARI en leidt de aanvraag voor de hele telescoop bij ESA. Want óf deze missie er daadwerkelijk komt, wordt pas volgend jaar duidelijk. Hoe gaat SPICA het geheim van het leven op aarde ontrafelen? Een mysterie dat onlosmakelijk verbonden is met de geschiedenis van het heelal.

Een rem op de vorming van sterren

Juist onze kennis over de evolutie van het heelal kan SPICA enorm vergroten. Astronomen denken te weten dat het universum met een compacte en hete oerknal begon. De ruimte was na een fase van sterke uitdijing in de eerste miljoenen jaren gelijkmatig gevuld met zo’n driekwart waterstof en een kwart helium, elementen die direct werden gevormd uit de oerknal. Het was een steeds kouder wordend en pikkedonker universum.

Het idee dat dat sterren en planeten zich uit gaswolken vormen is zo’n twee eeuwen oud en sinds 2012 is er een observatorium dat dit echt goed kan zien. Radiotelescoop ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), waar NEMO Kennislink vorig jaar op bezoek ging, heeft vanuit de woestijn in Chili al tientallen protoplanetaire schijven waargenomen, inclusief de plekken waar zich nu planeten vormen.

SPICA vult de radiowaarnemingen van ALMA aan met informatie uit het infrarode spectrum. Daarmee is de verdeling van water en koolstofdioxide te zien, stoffen die in ijsvorm aanwezig zijn. Dit ijs verraadt bovendien onder welke omstandigheden het ontstond. “Met SPICA onderscheiden we verschillende ‘ijzen’ die bij een andere temperatuur en druk ontstaan. Het is een manier om de omstandigheden van nu én in de verleden van die schijven te bepalen. Bovendien zien we of het materiaal is vastgevroren aan steen of ijzer”, aldus Roelfsema.

Achtbaan

Volgend voorjaar, in juni 2021, beslist de Europese ruimtevaartorganisatie ESA of ze 550 miljoen euro uittrekt voor SPICA. De ruimtetelescoop neemt het op tegen concurrenten EnVision, een ruimtesonde die de atmosfeer en het oppervlak van Venus gedetailleerd in kaart brengt, en de Transient High-Energy Sky and Early Universe Surveyor, een ruimtetelescoop die op zoek gaat naar korte uitbarstingen van energierijke gamma- en röntgenstraling uit het verre universum.

De ontwikkeling van SPICA is nu zo’n vijftien jaar gaande, en de ruimtetelescoop had volgens eerdere planningen volgend jaar al op het lanceerplatform moeten staan. Roelfsema beschrijft de ontwikkeling als een achtbaan. “Soms heb je het gevoel dat de missie er bíjna is en dan heb je een tegenslag die je jaren teruggooit”, zegt hij. “Een organisatie blijkt een onderdeel niet te kunnen maken volgens onze eisen of een deel van de financiering komt door politieke keuzes onder druk te staan.” Ook dit jaar ging het project al over een grote hobbel in de weg, toen ESA plots een verandering in het ontwerp van de telescoop eiste, omdat het anders niet in de beoogde raket past. Het instrumentarium komt nu grotendeels achter de spiegel te zitten, in plaats van eronder.

Als SPICA volgend jaar wordt geselecteerd, is er nog ruim tien jaar tot de lancering. De telescoop moet minimaal drie jaar meegaan. In tegenstelling tot zijn voorganger – ruimtetelescoop Herschel – is SPICA niet afhankelijk van een voorraad koelvloeistof en kan hij veel langer meegaan. “Ons doel is een operatie van vijf jaar, de verwachting is tien jaar”, zegt Roelfsema, die tegen zijn pensioen aan zit. Gaat hij dat nog meemaken? “Ik had de hoop dat SPICA gelanceerd zou worden rond mijn pensioen. Nu ben ik blij dat de beslissing voor de doorgang van het project nog net voor die tijd valt.”