26 januari 2018

Veel radiotelescopen bestaan uit een flink aan grote (schotel)antennes. Maar net zo bepalend voor de kracht van zo’n telescoop is de computer die de signalen verwerkt tot bruikbare informatie. De Westerbork Synthese Radio Telescoop heeft nu een volledig vernieuwd ‘brein’, waarmee hij op zoek gaat naar snelle radioflitsen uit het heelal. De veertien schotels gaan al wat langer mee, ik ging in 2015 op bezoek.

Je leest:

Naar de sterren luisteren in het bos

Naar de sterren luisteren in het bos

Op bezoek bij de Westerbork Synthese Radio Telescoop

Auteur: | 22 september 2015

Diep in een Drents bos staat een van de grootste telescopen van het land. Het is een radiotelescoop met veertien reusachtige schotelantennes. Al 45 jaar ‘luistert’ de Westerbork Synthese Radio Telescoop naar de sterren, ver van bijvoorbeeld verstoringen uit de drukke Randstad.

Westerbork-radiotelescoop heeft ’s lands krachtigste computer

Om op zoek te gaan naar zogenoemde snelle radioflitsen hebben de schotels van de Westerbork Synthese Radio Telescoop in Drenthe de afgelopen jaren nieuwe gevoelige ontvangers gekregen. De upgrade, die Apertif heet, komt samen met een in 2018 in gebruik genomen supercomputer die zo’n 20.000 beelden per seconde van de schotels kan verwerken. Het is volgens beheerder ASTRON de snelste computer van het land die gebaseerd is op grafische processoren.

Met de upgrade is het blikveld van de telescoop 25 keer groter geworden en in combinatie met de snelle dataverwerking is de radiotelescoop nu uitermate geschikt voor het zoeken naar ultrakorte radiosignalen uit het heelal. De snelle radioflitsen duren slechts een duizendste van een seconde en tot nu toe zijn er nog maar enkele tientallen van waargenomen. Astronomen weten nog steeds niet precies waardoor ze worden veroorzaakt. ‘Westerbork’ zou daar nu meer licht op kunnen schijnen.

De banden van mijn kleine stadsauto zakken steeds verder weg in de modder. Af en toe hoor ik de bosbodem tegen de onderkant van de wagen aan schuren. Mijn navigatie waarschuwde twee uur geleden bij het vertrek al dat de eindbestemming aan een onverharde weg lag. Maar dat het uiteindelijk zo’n spannende rit zou worden, had ik niet verwacht.

Goed verborgen

Net op het moment dat ik ernstig begin te twijfelen of ik nog wel dieper het bos in moet rijden ontwaar ik links van me tussen de bomen een hoge ijzeren constructie. Het is nog maar een paar honderd meter verder hobbelen voordat ik op het terrein van de Westerbork Synthese Radio Telescoop (WSRT) sta.

Twaalf statige en enorme schotelantennes staan hier keurig uitgelijnd op een smalle grasvlakte. Goed verborgen in het dichte bos en strak gericht op de hemel. De nietsvermoedende passant zou al snel denken dat hij hier is gestuit op een verscholen stukje afluistertechniek van het leger. De werkelijkheid is dat ze hier juist zo weinig mogelijk met aardse radiosignalen te maken willen hebben.

Weekend van de Wetenschap logo

ASTRON is deelnemer van het Weekend van de Wetenschap. Het Weekend van de Wetenschap is het podium van de toekomst. Diverse organisaties – bedrijven, instituten, onderzoeksinstellingen, universiteiten, musea en sterrenwachten – openen op 7 en 8 oktober 2017 hun deuren om bezoekers van jong tot oud de kans te geven de wereld van wetenschap en technologie live te beleven. Zij organiseren unieke en exclusieve activiteiten, zoals proefjes, experimenten, demonstraties, open dagen, tentoonstellingen en meer.

Iedereen is welkom om backstage te gaan bij de deelnemende organisaties. Kijk hier voor alle activiteiten tijdens het Weekend van de Wetenschap.

Nieuwe set ogen

Sinds 1970 staat hier, midden in een bos in Drenthe, de WSRT die bestaat uit in totaal 14 schotels met ieder een diameter van 25 meter. En al 45 jaar wordt hij door astronomen gebruikt om de geheimen van de hemel te ontdekken. “Er wordt in het radiospectrum mee naar de sterren gekeken”, zegt Roy Smits. Hij is astronoom bij het Nederlandse Instituut voor Radioastronomie ASTRON en vangt me na de helse bosrit op met koffie in het hoofdgebouw op het terrein. “Als je het vergelijkt met het onderzoek dat we met normale optische telescopen uitvoeren, dan is het eigenlijk alsof we een nieuwe set ogen erbij hebben.”

Smits vertelt aan de koffietafel dat Karl Jansky begin jaren dertig van de vorige eeuw ontdekte dat de aarde wordt bestookt met radiosignalen uit de ruimte. Niet van buitenaardse mannetjes, maar juist van natuurlijke bronnen. In eerste instantie werden die signalen gezien als een vervelende ruis die de aardse radiosignalen verstoorden, maar langzaam groeide het besef dat de kosmische radiosignalen ook gebruikt konden worden om veel meer te weten te komen over het heelal.

Sindsdien zijn er steeds grotere telescopen gebouwd, met als doel deze straling uit de kosmos op te vangen. Natuurlijk ziet zo’n telescoop er niet uit als een optische telescoop, maar hij heeft de optimale vorm voor het opvangen van radiosignalen. En juist daarom staan deze enorme schotelantennes hier buiten, die in wezen nauwelijks verschillen van de kleine televisie-antenne op het dak van vroeger.

Zogenoemde pulsars kunnen worden waargenomen door een radiotelescoop. Dat is een snel draaiend restant van een uitgebrande, zware ster. Bij de magnetische polen ontstaan bundels van radiostraling. De magneetpolen liggen meestal op een andere plaats dan de polen van de rotatieas. Daarom zwiepen de radiobundels rondjes om de pulsar en schijnen ze als ‘vuurtorens’ naar verre sterren.

Maar astronomen stemmen natuurlijk niet af op overzeese tv-kanalen. Ze kijken naar verre radiobronnen in het universum. In het geval van Smits zijn dat zogenoemde pulsars. “We denken dat dit extreem compacte sterren zijn die op hun polen bundels van radiostraling de ruimte in sturen”, legt hij uit. “Doordat ze rondtollen kan zo’n bundel op aarde soms worden waargenomen als een korte en krachtige radiopuls. Een puls die is te ontvangen met schotels zoals deze in Westerbork.”

Niet-afgestemde radio

Om een indruk te geven van wat er wordt ontvangen brengt Smits me naar de controleruimte van de telescoop. Hier hebben we een mooi overzicht over het langwerpige terrein. Smits zet een schakelaar om en door een luidspreker klinkt ruis. “Dit is het”, laat hij weten. “We zijn nu rechtstreeks verbonden met een van de schotelantennes.”

Het klinkt precies als een niet-afgestemde radio en het is dan ook moeilijk voor te stellen dat astronomen híer iets aan hebben. En toch is het zo. “Er zijn misschien een paar pulsars die je via een luidspreker kan horen en dus waarnemen,” vervolgt Smits. “Maar om de meeste kosmische radiobronnen te detecteren moeten we een verwerkingsstap doen met de computer. En dat heeft behoorlijk wat voeten in de aarde.”

Voor de verwerking van de radiosignalen van verschillende schotelantennes is veel computerkracht nodig.

Hij gaat me voor in een afgesloten en rumoerige ruimte in het gebouw. Overal om me heen zie ik apparatuur. Van lange rekken vol met moderne computers tot bedieningspanelen met grote bakelieten knoppen die de jaren zeventig doen herleven. De vloer trilt vanwege de grote luchtkoeling die voorkomt dat de ruimte overhit raakt.

“Een groot deel van dit materiaal wordt gebruikt om de signalen van alle schotels van de telescoop te combineren”, zegt Smits. “Op die manier is het mogelijk één effectieve schotel te creëren met een diameter die even groot is als de afstand tussen de twee buitenste schotels. In het geval van Westerbork is dat 2,7 kilometer.”

Westerbork is in feite dus een heel erg grote schotelantenne! En die sleept een gigantische hoeveelheid data binnen. Smits wijst op een doos in de hoek van de kamer. Die is tot de rand gevuld met harde schijven. “Vijfhonderdduizend gigabyte aan waarnemingen die we binnenkort naar de Universiteit van Manchester sturen. Per post welteverstaan, want dat is in dit geval sneller dan via het internet.”

De data van de Westerborktelescoop zal in Engeland gecombineerd worden met data van andere radiotelescopen in Engeland, Duitsland, Frankrijk en Italië. En dat is bijzonder, want hetzelfde wiskundige trucje als waarmee alle schotelantennes van Westerbork worden gecombineerd tot een schotel werkt ook op nóg grotere schaal. “We creëren als het ware een schotelantenne met dezelfde diameter als de afstand tussen de twee uiterste telescopen, in dit geval tweeduizend kilometer. Zo krijgen we beelden van de hemel met een veel hogere resolutie en grotere gevoeligheid waarmee we bijvoorbeeld pulsars met ongeëvenaarde precisie kunnen bestuderen”, aldus Smits.

Een andere radiotelescoop die door ASTRON wordt beheerd is LOFAR. Hij bestaat uit 48 antennestations verspreid over verschillende Europese landen. De meeste stations (veertig) liggen in Nederland met het centrum van de telescoop in Oost-Drenthe. Samen vormen ze een enorme telescoop met een diameter van ongeveer duizend kilometer. Astronomen gebruiken LOFAR voor onderzoek naar onder andere zwarte gaten en exoplaneten.
ASTRON

Naderend pensioen

Het is tijd geworden om de schotels zelf onder de loep te nemen. Vandaag wordt er onderhoud gepleegd, aldus Smits. Dat betekent dat er van alles gebeurt op het terrein. Een antenne wordt onder handen genomen door een paar schilders, een aantal schotels voeren langzaam en perfect synchroon een aantal oefenbewegingen uit en andere exemplaren staan recht omhoog in de ‘parkeerstand’, zoals degene waar we nu onder staan.

Even twijfelt Smits of het wel mag wat we nu doen. Maar we gaan toch de trap op. Een meter of tien boven de grond, recht onder de kom van de schotel, dringt de schaal van Westerbork goed tot me door. Terwijl mijn eigen hoogte op het kleine en doorzichtbare platform al indruk maakt, torent de doorzichtige schotel met daarbovenop de ontvanger tot boven de boomtoppen uit. Het enige dat we horen is de heliumpomp die de ontvanger extreem koud houdt. Dat minimaliseert de ruis van de apparatuur zelf. Voor de rest: stilte. Zoals je verwacht bij een apparaat dat signalen probeert te horen van minuscule radiobronnen op duizenden lichtjaren afstand.

De Westerbork Synthese Radio Telescoop bestaat uit 14 schotelantennes met een diameter van 25 meter.
Raimond Spekking via CC BY-SA 4.0

We klimmen voorzichtig weer naar beneden en lopen langs het huis van de bewaker, die permanent op het terrein woont, terug naar het hoofdgebouw. Sommige schotelantennes zien er roestig uit, anderen hebben net een nieuw likje grijze verf gekregen. Alsmede een nieuwe ontvanger, waarmee de telescoop weliswaar iets minder gevoelig wordt maar het blikveld 25 keer groter maakt. Met deze revisie en upgrade moet de telescoop volgens Smits weer tien jaar mee kunnen. “Maar ik denk eerlijk gezegd dat de telescoop daarna met pensioen gaat. Gezien de leeftijd van de schotels verbaasde het me eigenlijk nog dat de levensduur nog zo lang verlengd kon worden. Dankzij de nieuwe ontvangers is het weer echt een unieke telescoop in de wereld.”

Dit is een aangepaste versie van een artikel dat eerder in Know How is verschenen.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 22 september 2015

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.