Je leest:

JIVE-netwerk vangnet voor Huygens-data

JIVE-netwerk vangnet voor Huygens-data

Auteur: | 18 januari 2005

Een achterwege gelaten computerinstructie zorgde dat moederschip Cassini maar half naar de afdalende Huygens-sonde luisterde. Daardoor gingen plaats- en afstandsmetingen verloren. De astronomen van JIVE in Dwingeloo gaan die gegevens achterhalen met hun wereldwijde netwerk van radiotelescopen.

Op 14 januari daalde de Huygens-sonde van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA af in de dikke atmosfeer van Saturnus-maan Titan. De sonde remde precies zoals gepland met hitteschild en parachutes en begon zijn meetgegevens te verzenden. NASA-sonde Cassini zou het zwakke radiosignaal van Huygens opvangen en doorsturen naar de aarde. Door een blunder van ESA negeerde Cassini echter alle data die over één van de twee communicatiekanalen binnenkwam.

“Het was niet ingewikkelder geweest dan een schakelaar omgooien,” gaf ESA’s onderzoeksdirecteur David Southwood toe. “NASA’s Cassini heeft alle computeropdrachten die wij leverden perfect uitgevoerd, maar wij zijn de instructie om kanaal A open te zetten vergeten.”

Door het communicatieprobleem met Cassini ging de helft van Huygens’ panoramafoto’s verloren, maar ook een meting om Huygens’ afdaling door de Titan-atmosfeer te volgen mislukte. Nederlandse astronomen van het JIVE gaan nu redden wat er te redden valt. “Met onze metingen kunnen we plaats en snelheid van Huygens van moment tot moment reconstrueren”, zegt JIVE-astronoom Huib Jan van Langevelde.

Foto van Titan’s oppervlak, genomen vanaf 16 kilometer hoogte. ESA’s wetenschappers denken dat de donkere gebieden ethaan-zeeen kunnen zijn; in dat geval kijken we naar een echte delta. bron: ESA

Telescoop zo groot als de aarde

JIVE koppelde tijdens de afdaling gegevens van 17 radiotelescopen over de hele wereld met een techniek die Very Large Baseline Interferometry (VLBI) heet. Daardoor konden ze net zo nauwkeurig meten als met één grote telescoop zo groot als de aarde zelf. Met die enorme virtuele telescoop wisten de astronomen het uiterst zwakke signaal van de Huygens-sonde op te vangen. Hopelijk kunnen hun metingen de originele gegevens van Huygens vervangen. Als het JIVE lukt de verloren meetdata te vervangen kunnen andere onderzoekers daar hun eigen metingen van Titan’s atmosfeer mee verbeteren.

Deze radiotelescopen bij Westerbork maken normaal deel uit van JIVE’s meetnetwerk, maar tijdens Huygens’ afdaling bevonden zij zich aan de verkeerde kant van de planeet om mee te doen aan de meting. bron: AstronKlik op de afbeelding voor een grotere versie.

Over het uitgevallen kanaal werden radio-dopplermetingen uitgevoerd", legt Van Langevelde uit. Tijdens Huygens’ afdaling veranderde de snelheid continu door de parachutes en wind op Titan. Die snelheidsschommelingen zijn terug te vinden in het radiosignaal van de sonde, net zoals wij het verschil horen tussen de toonhoogte van een aanstormende en wegrazende brandweersirene. “Uit die dopplermetingen kun je bepalen waar de sonde op elk moment is en hoe snel hij daalt. Die baangegevens heb je weer nodig om andere gegevens nauwkeurig te interpreteren.”

“Titan’s atmosfeer is vooral interessant omdat het een ingevroren versie is van onze eigen atmosfeer”, weet Van Langevelde. Op onze aarde ontwikkelde zich leven dat de chemische samenstelling van onze eigen oeratmosfeer compleet veranderde, maar op Titan is het oorspronkelijke mengsel van onder andere stikstof en methaan nog aanwezig. “Huygens heeft allerlei sensoren aan boord die de samenstelling van de atmosfeer op verschillende hoogtes maten, maar je wilt natuurlijk weten waar de sonde precies was toen hij bepaalde metingen deed.” Door de exacte positie naast de chemische metingen te leggen krijgen wetenschappers een dwarsdoorsnede van Titan’s atmosfeer.

Titan is uniek: de maan is de grootste satelliet van Saturnus. Alleen de Jupiter-maan Ganymedes is groter, maar Titan heeft ook nog eens een eigen atmosfeer met echte weerpatronen. Tijdens twee eerdere passages van Cassini-Huygens langs Titan bleek dat overduidelijk. Links de opname van 26 oktober, rechts die van 13 december. De afbeelding maakt gebruik van valse kleuren: het gebruikte rood, groen en blauw is infrarood licht. De witte vlekken bij Titan’s zuidpool zijn wolken; ze verschuiven duidelijk van plek tussen de twee passages van Cassini. bron: NASA / JPL / Space Science Institute

Panoramafoto’s

Huygens gebruikte het verloren kanaal A niet alleen voor dopplermetingen, ook andere gegevens werden erover verzonden. Het grootste deel ging gelukkig ook in kopie via kanaal B naar Cassini, maar de panoramafoto’s van Huygens’ afdaling hadden minder geluk. Om snelheid te maken stuurde Huygens die foto’s verspreid over de twee kanalen. Daardoor ging de helft verloren.

“Die panoramafoto’s kunnen we zelfs met het JIVE-netwerk niet terughalen”, geeft Van Langevelde toe. Huygens had maar net genoeg radiovermogen om contact te maken met Cassini; meer konden de batterijen niet aan. Zonnepanelen om extra energie te winnen waren geen alternatief voor de batterijen, want Saturnus staat zover van de zon af dat die alleen maar een heldere ster aan de hemel is. Daarom moest Huygens woekeren met energie: “het signaal is niet veel sterker dan dat van een mobiel telefoontje.”

Artist’s impression van Huygens’ ontkoppeling op 25 december 2004. Cassini voerde na de ontkoppeling koerscorrecties uit en Huygens vervolgde zijn baan naar de bewolkte Saturnusmaan. bron: ESA / D. Ducros

“We kunnen met onze telescopen wel meten dát Huygens aan het zenden was en dat er een dopplereffect is, maar de nullen en enen in de gegevensstroom zijn veel moeilijker te meten. Die wisselingen in het signaal beslaan maar een paar procent van de totale sterkte.” Radiozenders als van Huygens maken gebruik van een relatief sterk en constant radiobaken (de draaggolf) met in dat signaal kleine wisselingen die de daadwerkelijke gegevens bevatten.

De ontbrekende foto’s krijgen we dus niet te zien, maar door JIVE’s reddingsactie komen andere meetgegevens van Huygens weer op stevige fundering te staan. “We zijn heel trots dat we zo’n bijdrage aan het project kunnen leveren”, zegt Van Langevelde. “Toen ESA ons anderhalf jaar geleden vroeg of we de afdaling wilden volgen dachten we dat het een leuke en korte bijkomstigheid bij hun echte metingen zou zijn. Nu zijn we er de komende maanden mee bezig: heel spannend, want er hangt ineens veel meer vanaf!”

JIVE’s onderzoekers moeten nog wel even wachten voor ze kunnen rekenen aan Huygens’ radiosignaal. De verschillende telescopen zenden de data namelijk per magneetband naar Dwingeloo. Een deel van de gegevens van de Australische deelnemers is al over het internet verstuurd en het lijkt erop dat de data goed genoeg zijn om de afdaling van Huygens mee te reconstrueren. De hele rekenpartij zal naar schatting een paar maanden duren.

Projectleider Leonid Gurvits van JIVE is optimistisch: “Het gaat iets langer duren, maar we krijgen dezelfde wetenschappelijke gegevens”, zei hij eerder deze week. Gurvits gaf aan dat zijn team nu al het effect van de wind op Huygens’ afdaling kon bepalen: “we halen een nauwkeurigheid van zo’n meter per seconde”, vertelde hij. Een fenomenale prestatie op een afstand van meer dan een miljard kilometer afstand.

JIVE en VLBI

JIVE is het Joint Institute for VLBI in Europe. In het Dwingeloose instituut verzamelen sterrenkundigen de gegevens van radiotelescopen van over de hele wereld. De gebruikte techniek, Very Large Baseline Interferometry, maakt het mogelijk dat al die telescopen zich gedragen als de onderdelen van één grote schotelantenne. Hoe groter zo’n schotel is, hoe nauwkeuriger ermee gemeten kan worden, en in VLBI is de virtuele telescoop net zo groot als de aarde zelf. Dat levert een ongeëvenaarde beeldscherpte op.

Tijdens de meting van Huygens’s radiosignaal op 14 januari werkte JIVE samen met radiotelescopen in Australie, China, de VS, Finland en natuurlijk de telescopen in het nabijgeleven Westerbork.

Algemene informatie over Cassini-Huygens

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 18 januari 2005

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.