Je leest:

Luisteren naar het heelal

Luisteren naar het heelal

Auteur: | 1 april 2006

Vijftig jaar geleden werd de Dwingeloo-telescoop in bedrijf gesteld. De Nederlandse radioastronomie heeft zich sindsdien ontwikkeld tot een trendsetter, met als nieuw hoogtepunt de revolutionaire telescoop LOFAR.

Het vriest op de Dwingeloose hei. Sneeuw ligt er nauwelijks, maar de lucht is snerpend koud, de hemel strakblauw. En het is stil. Geen levende ziel te bekennen, zo ver het oog reikt, tot ver voorbij het Moordenaarsveen en de Benderse Berg. Aan de noordrand van de hei houdt ook de radiotelescoop van Dwingeloo zich stil, de vijfentwintig meter grote schotel in horizontale ruststand, de tandkransen en loopwielen geborgd. Vijftig jaar oud en met vervroegd pensioen. Het geklonken stalen juk dat de schotel draagt heeft de gebogen gestalte van een oude man. Stram, blind en doof.

Twee technici van de stichting ASTRON lopen in de richting van een testveld met kleine, hypermoderne radioantennes, vlak naast de Dwingeloo-telescoop. Ze lijken geen oog te hebben voor de grand old lady van de Nederlandse radiosterrenkunde. De blik is gericht op de toekomst, op de radiotelescopen van de eenentwintigste eeuw – revolutionaire technologieën die bij ASTRON worden ontwikkeld. Tweehonderd mensen werken hier; ruim de helft op de afdeling Research and Development. ‘Op het gebied van antennetechnologie willen wij de wereldagenda beheersen,’ zegt afdelingshoofd Marco de Vos. Dat lijkt goed te lukken: Nederland heeft altijd een voortrekkersrol gespeeld, en doet dat nog steeds.

De 50-jarige radiotelescoop van Dwingeloo.

‘Zoudt u op deze knop willen drukken, majesteit.’ Dinsdag 17 april 1956 was het – deze maand precies vijftig jaar geleden. De legendarische Leidse astronoom Jan Hendrik Oort nodigde koningin Juliana uit om de Dwingeloo-telescoop officieel in bedrijf te stellen. Negen maanden lang zou dit de grootste radiotelescoop ter wereld zijn, in korte tijd gebouwd op een zorgvuldig gekozen, storingsvrije locatie. ‘Oort stippelde een omvangrijk programma uit om met de nieuwe telescoop het Melkwegstelsel in kaart te brengen,’ vertelt ASTRON-sterrenkundige Richard Strom. ‘De Dwingeloo-telescoop zette de trend voor een hele generatie radioschotels.’

Stof tussen de sterren belemmert het zicht op de kern en de spiraalarmen van de Melkweg, maar radiostraling van koele wolken waterstofgas dringt overal dwars doorheen. Oorts leerling Henk van de Hulst voorspelde het bestaan van die 21 centimeter-straling in 1944. Een kleine radarantenne, door de Duitsers achtergelaten in de duinen, werd na de oorlog naar Kootwijk op de Veluwe verhuisd en omgebouwd tot radiotelescoop, om de zwakke waterstofstraling te detecteren. Dat lukte in 1951, maar astronomen van de Harvard-universiteit waren de Nederlanders een paar weken voor. Strom: ‘Een brand in de radio-ontvanger veroorzaakte in 1948 een grote vertraging – anders hadden wij waarschijnlijk de primeur gehad.’

De melkweg in de 21 centimeter-straling van waterstof. bron: J. Dickey (UMn), F. Lockman (NRAO), SkyView Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Radiosterrenkunde lijkt Nederland op het lijf te zijn geschreven. Een gewone telescoop is alleen bruikbaar als het helder en donker is. Maar een radiotelescoop werkt altijd, ‘overdag of ’s nachts, bij regen of zonneschijn,’ in de woorden van filmmaker Herman Kleibrink, die de wording van de Dwingeloo-telescoop vereeuwigde. Tot voor kort leverde Dwingeloo dan ook spraakmakende resultaten. Bijvoorbeeld de ontdekking, in 1994, van het nabijgelegen sterrenstelsel Dwingeloo 1, dat schuilgaat achter stofwolken in de Melkweg. Of de vondst van een merkwaardige welving in de dunne schijf van waterstofgas die het centrale vlak van het Melkwegstelsel markeert.

Inmiddels heeft de meeste activiteit zich echter twintig kilometer noordoostwaarts verplaatst. Veertien schotelantennes, elk even groot als die van Dwingeloo, happen in Boswachterij Hooghalen sinds 1970 gezamenlijk naar kosmische radiostraling. Een lange rij ranke constructies, sierlijker en vooral veel gevoeliger dan de Dwingeloo-schotel. Wie het Herinneringscentrum Kamp Westerbork bezoekt en de verschrikkingen van de Tweede Wereldoorlog overdenkt tijdens een boswandeling, stuit automatisch op de serene schoonheid van de Westerbork-telescoop, die luistert naar het geroezemoes van het universum.

De Westerbork Radio Synthese Telescoop bestaat uit 14 gekoppelde radioschotels. bron: Astron Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Het zijn niet alleen wolken van koud waterstofgas die radiostraling uitzenden; ook planeten, sterren, mysterieuze pulsars en quasars, en ver verwijderde sterrenstelsels produceren lange en korte golven, die door de Westerborkschotels worden gebundeld naar gevoelige ontvangers in het brandpunt van elke antenne. Door de waarnemingen van de veertien schotels heel precies bij elkaar op te tellen door middel van interferometrie, maken sterrenkundigen radiobeelden van de hemel met details die je normaalgesproken alleen met een telescoop van drie kilometer middellijn kunt onderscheiden. Samen met de tien jaar jongere Very Large Array in New Mexico behoort Westerbork tot de beste interferometers ter wereld.

‘Westerbork is een supertelescoop,’ glundert Arnold van Ardenne, hoofd van de afdeling Emerging Technologies van ASTRON. Bovendien is het in zekere zin een gloednieuw instrument. Als voorganger van De Vos gaf Van Ardenne leiding aan de ‘upgrade’ van Westerbork, die in 2002 werd voltooid. De vormnauwkeurigheid van de radioschotels werd verbeterd, er kwam een nieuwe ‘correlator’ om de radiosignalen van de veertien antennes bij elkaar op te tellen, en elke telescoop is nu uitgerust met een geavanceerde, diepgekoelde ontvanger die op meerdere golflengten tegelijk kan ‘luisteren’. ‘Met de Amerikaanse Very Large Array gaat het maken van radiobeelden sneller,’ geeft Van Ardenne toe, ‘maar de huidige gevoeligheid en het contrast van de Westerbork-waarnemingen zijn ongeëvenaard.’

Het telescopenpark van de Amerikaanse Very Large Array in New Mexico. bron: NRAO / AUI Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

De R&D-afdeling van Marco de Vos kijkt alweer veel verder vooruit. Voor de toekomstige radiotelescopen die bij ASTRON worden ontwikkeld zijn straks tienduizenden antenne-elementen nodig, en moet er goedkope serieproductie kunnen plaatsvinden. ‘Samen met industriële partners onderzoeken we nieuwe mogelijkheden, zoals het ’printen’ van antenne-elementen op folie,’ zegt De Vos. Ook wordt er gewerkt aan krachtige computersystemen die in het geheel geen bewegende delen meer bevatten. De Vos: ‘Ventilatoren en harde schijven geven het snelst de geest.’ Alles draait om kleiner, sneller en goedkoper, en om een gezonde dosis durf en ambitie: wanneer je in de sterrenkundige instrumentatie een leidende rol wilt blijven spelen, moet je nu tien verschillende wegen bewandelen, ook al weet je dat er straks acht of negen zullen doodlopen.

Veel van die nieuwe technieken worden uitgeprobeerd op de Westerbork-telescoop, net zoals de oude Dwingeloo-telescoop indertijd werd gebruikt om ervaring op te doen met instrumenten voor Westerbork. In de buurt van de Westerbork-telescoop liggen proefveldjes met revolutionaire kleine antennes zoals die straks gebruikt kunnen worden in nieuwe telescopen als LOFAR en SKA. ‘Uiteindelijk moeten op deze proefveldjes duizenden platte antenne-elementen komen te staan op een gebied van een paar honderd vierkante meter,’ zegt De Vos. In een speciale storingsvrije ruimte in het ASTRON-laboratorium worden de antennes aan uitgebreide tests onderworpen. De Vos: ‘Wij drijven de dingen altijd tot het uiterste, of zelfs net over de limiet.’

LOFAR is een totaal nieuwe telescoop: in totaal 25.000 eenvoudige antennes zullen signalen uit alle richtingen opvangen en naar een speciale computer doorsturen. Deze rekent vervolgens razendsnel uit hoe het gecombineerde beeld van alle 25.000 antennes er uit ziet. bron: Astron

Die ambitieuze houding werpt regelmatig vruchten af. ASTRON-sterrenkundige Ben Stappers, tevens verbonden aan de Universiteit van Amsterdam, was eind vorig jaar bijvoorbeeld een van de winnaars van de prestigieuze Europese Descartes-prijs, voor zijn onderzoek aan pulsars – kleine, snel rondtollende sterretjes die heel regelmatige pulsen van radiostraling uitzenden. De Nederlandse toppositie op het gebied van pulsaronderzoek is grotendeels te danken aan de ontwikkeling van ‘pulsarmachines’ – speciale supercomputers die in de enorme brij van kosmische radioruis op zoek gaan naar zwakke, regelmatige bliepjes. Westerbork oefent dan ook een grote aantrekkingskracht uit op Amerikaanse pulsarastronomen.

Internationale samenwerking is overigens eerder regel dan uitzondering in de radiosterrenkunde. Als je door middel van interferometrie veertien kleine radioschotels zo kunt laten samenwerken dat er een virtuele telescoop van drie kilometer middellijn ontstaat, dan moet je met telescopen verspreid over de aardbol nog veel méér kunnen bereiken. Een paar keer per jaar maken de Westerbork-schotels dan ook deel uit van een enorm Europees netwerk, en het JIVE-instituut, waar al die waarnemingen worden samengevoegd en geanalyseerd, vindt onderdak bij ASTRON in Dwingeloo.

Het complete eVLBI-netwerk dat in JIVE samenkomt is verbonden door de nationale onderzoeks- en educatienetwerken. In Nederland loopt de data via de supersnelle glasvezels van SURFNet. bron: eVLBI.org. Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Volgens Huib Jan van Langevelde, hoofd van de softwaregroep van JIVE, gaat het om onvoorstelbare hoeveelheden data. ‘In een paar uur tijd verzamelen we vele duizenden gigabytes aan waarnemingsgegevens,’ zegt hij. Tot voor kort werden die op magneetband opgeslagen en naar Dwingeloo gestuurd voor verdere verwerking. De enorme batterij computerkasten met grote spoelen en haspels vormt nog steeds een blikvanger in de correlatorruimte van JIVE, al worden ze niet langer gebruikt. ‘Momenteel komen er na elke waarnemingssessie een paar honderd harde schijven binnen, diein een paar maanden tijd worden verwerkt,’ vertelt Van Langevelde. ‘En binnenkort worden alle deelnemende telescopen met elkaar verbonden via supersnelle glasvezelverbindingen, zodat de dataverwerking in real time kan plaatsvinden.’

Ruim een jaar geleden speelde het Europese radionetwerk nog een belangrijke rol bij de Europese Huygensmissie naar de Saturnusmaan Titan. De JIVE-astronomen hadden al gepland om het zwakke radiosignaal van de Huyenssonde waar te nemen, tijdens de spectaculaire afdaling door de Titandampkring, op 14 januari 2005. Zo was de positie van het ruimtescheepje tot op een paar meter nauwkeurig te bepalen. Pas later bleek dat uit de waargenomen bewegingen ook informatie kon worden afgeleid over de windsnelheden in de atmosfeer van Titan. ‘In de toekomst zullen we vaker samenwerken met ruimtevaartorganisaties,’ zegt Van Langevelde. ‘ESA en NASA zijn allebei geïnteresseerd.’

Cassini-Huygens: Europees-Amerikaanse samenwerking in verre regionen van het zonnestelsel. bron: ESA / D. Ducros.

De radioschotels van Dwingeloo en Westerbork zijn markante verschijningen in het Drentse landschap, maar wie een beeld wil krijgen van de toekomst van de Nederlandse radiosterrenkunde, moet nog eens twintig kilometer verder naar het oosten, naar een weiland tussen Exloo en Buinen, waar een stalen container met computerapparatuur wordt omringd door enkele tientallen piramidevormige antennepaaltjes. ASTRON-medewerker Peter Bennema maakt een weids armgebaar, van de uitlopers van de Hondsrug naar de oevers van het Achterste Diep. ‘Vrijwel dit hele gebied is inmiddels aangekocht,’ zegt hij. ‘Hier komt het centrale deel van de nieuwe LOFAR-telescoop.’ Een roofvogel vliegt op van een van de antennes; in de verte loopt een ree.

LOFAR staat voor Low-Frequency Array. Tienduizenden onopvallende antennes, verdeeld over vele tientallen velden, vangen straks laagfrequente radiogolven uit de kosmos op – straling die nog nooit eerder is waargenomen. Verreweg de meeste antennevelden komen in Oost-Drenthe te liggen, maar LOFAR strekt zich uiteindelijk uit tot in Gelderland, Friesland en Duitsland. De bouw van LOFAR, mogelijk gemaakt door een overheidssubsidie van 52 miljoen euro, is ‘een ongeëvenaarde technologische uitdaging,’ aldus LOFAR-directeur Eugène de Geus. En niet alleen sterrenkundigen hebben er baat bij: het sensornetwerk van LOFAR, via snelle glasvezelverbindingen gekoppeld aan een van de krachtigste supercomputers ter wereld, zal ook gebruikt worden door geologen, landbouwtechnici en weerkundigen.

De LOFAR-telescoop (LOw Frequency ARray) is de grootste radiotelescoop ter wereld, die waarnemingen doet in de lage frequenties (10 tot 250 MHz). LOFAR bestaat uit ruim 25.000 kleine antennes. Die worden geplaatst over Fryslân, Groningen, Drenthe, Overijssel en Gelderland en een stuk van Duitsland. bron: Astron

Bennema en zijn collega Frederiek Westra van Holthe hebben de afgelopen anderhalf jaar veel bij boerenfamilies aan de keukentafel gezeten om uitleg te geven over het project, en om de aankoop van grond te regelen. ‘Nu er in samenwerking met Stichting Het Drentse Landschap besloten is om hier een natuurontwikkelingsgebied van te maken, met wandelpaden, fietsroutes en ’mijmerbankjes’, lijken ook de laatste bezwaren verstomd,’ aldus Bennema. Niet zo gek, volgens De Geus. ‘Iedereen heeft een latente belangstelling voor sterrenkunde,’ zegt hij. ‘Met LOFAR kunnen we straling uit de diepten van de kosmos onderzoeken die kort na de oerknal is uitgezonden. Zo bestuderen we de prille jeugd van het heelal. Wanneer mensen dat horen, zijn ze er trots op dat die telescoop hier komt.’

LOFAR moet in 2007 klaar zijn, maar de eerste proefwaarnemingen zijn al verricht. En ASTRON-technici werken inmiddels aan weer een compleet nieuw antenneconcept voor SKA, de Square Kilometre Array. Die telescoop-van-de-toekomst, met een totaal antenne-oppervlak van een vierkante kilometer, zal waarschijnlijk in Australië worden gebouwd, maar Nederlandse radioastronomen hopen een belangrijke rol te zullen spelen in het uiteindelijke ontwerp. ‘Nederland is altijd bereid geweest om geld te steken in nieuwe technologische ontwikkelingen,’ zegt De Geus. ‘Daardoor lopen we steeds voorop.’

Een artist’s concept van de Square Kilometer Array (SKA). Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

‘Jan Oort zou dit allemaal heel spannend gevonden hebben,’ vervolgt De Geus. ‘Tijdens mijn studie in Leiden zei Oort eens dat hij mij erg benijdde. “Straks ben ik dood, maar jij zult nog getuige zijn van heel veel mooie, nieuwe ontwikkelingen in de radiosterrenkunde.”’ Oort zou vast ook verrast zijn geweest door de belangrijke rol die de Westerbork-telescoop nog steeds speelt. ‘Ik verwacht dat Westerbork zeker tot 2015 of 2020 actief zal blijven,’ zegt technologie-directeur Van Ardenne, ‘al was het maar om nieuwe technologieën voor SKA uit te testen.’

En de vijftig jaar oude Dwingeloo-telescoop? Astronoom Richard Strom kan zich niet voorstellen dat die van het toneel verdwijnt. ‘Nee, ik denk niet dat hij ooit gesloopt zal worden. We hopen dat hij de status van Nationaal Industrieel Monument zal krijgen.’ Het is zelfs niet uitgesloten dat het historische instrument opnieuw leven wordt ingeblazen door de amateurradiovereniging VERON. Wie weet zullen de tandwielen ooit weer knarsen, zal de schotel weer worden opgericht, en kunnen de wandelaars en fietsers op de Dwingeloose hei zich blijven vergapen aan wat ooit het grootste hemeloor ter wereld was.

Dit artikel is een publicatie van Allesoversterrenkunde.nl.
© Allesoversterrenkunde.nl, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 01 april 2006

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.