In Zuid-Afrika is het grootste radio-observatorium in de geschiedenis in aanbouw. De technologie ervan werd ruim vijftig jaar geleden al toegepast bij de radioschotels van Westerbork in Drenthe, maar bereikt straks een voorlopig hoogtepunt.
Midden in de 15 meter grote schotel zit nog een groot zeshoekig gat. De laatste zes van de 66 panelen moeten nog worden geplaatst. Maar met de installatie van de Chinese antenne, afgelopen zomer, is een belangrijke mijlpaal bereikt, zegt Magnus Lindsay, directeur van de SKA-Mid-radiosterrenwacht in Zuid-Afrika. Eindelijk is er een tastbaar begin gemaakt met de bouw van het grootste astronomische observatorium in de geschiedenis.
Lindsay was half augustus de gastheer op een reis naar de Karoo-halfwoestijn, hemelsbreed zo’n 500 kilometer ten noordoosten van Kaapstad. Aan de voet van de gloednieuwe radioschotel, onder een strakblauwe hemel, gaf hij tekst en uitleg over de werking van het toekomstige project, waaraan tien landen op vijf continenten samenwerken, waaronder Nederland.
Over de auteur
Govert Schilling is wetenschapsjournalist. Hij schrijft voor de Volkskrant over sterrenkunde.
De komende jaren blijven er Chinese vrachtschepen arriveren in de haven van Kaapstad, en zullen grote trucks steeds meer antenneonderdelen vervoeren naar het afgelegen en vrijwel onbewoonde gebied waar SKA-Mid gaat verrijzen. Uiteindelijk moet het observatorium uit 197 onderling gekoppelde schotelantennes bestaan – de meeste vrij dicht bij elkaar in het centrum, maar sommige op afstanden van vele tientallen kilometers, in een driearmig spiraalpatroon.
Met een radiotelescoop bestuderen astronomen niet het zichtbare licht van sterren, nevels en sterrenstelsels, maar de radiostraling die wordt uitgezonden door wolken van koud waterstofgas of door mysterieuze objecten als pulsars (snel rondtollende ministerretjes) en quasars (verre stelsels met zware zwarte gaten in hun kern). Door meerdere radioschotels op grote onderlinge afstanden met elkaar te laten samenwerken, lukt het om extreem scherpe beelden te verkrijgen.
De eerste ideeën voor SKA (Square Kilometre Array) dateren al uit 1990, maar pas een kleine vijftien jaar geleden werd besloten om de relatief simpele ‘sprietantennes’ voor laagfrequente waarnemingen (SKA-Low) in West-Australië te bouwen, en de veel grotere schotelantennes voor de middenfrequenties (SKA-Mid) in Zuid-Afrika. Daar was in 2009 KAT-7 al verrezen (Karoo Array Telescope), een kleine voorloper die bestond uit zeven schotels, elk met een diameter van 12 meter.
Niet lang daarna, in 2014, begon de bouw van MeerKAT: een netwerk van maar liefst 64 antennes die net een slag groter zijn: 13,5 meter. MeerKAT, voltooid in 2018, is inmiddels het paradepaardje van de Zuid-Afrikaanse radioastronomie – een compleet woud van enigszins ovale schotels, blikkerend in het felle zonlicht. Ze vormen ook de belangrijkste Zuid-Afrikaanse bijdrage aan het toekomstige SKA-observatorium, want de MeerKAT-antennes gaan straks deel uitmaken van SKA-Mid.
Wat dat betreft is het toekomstige schotelpark dus eigenlijk al voor een derde klaar. De mijlpaal waar directeur Lindsay het over heeft, betreft de eerste ‘echte’ SKA-Mid-schotel: internationaal gefinancierd, nóg een slag groter (15 meter), met een verbeterd ontwerp en gebouwd door het Chinese bedrijf CETC54 in Shijiazhuang. ‘Straks komt er elke anderhalve week een schotel bij’, aldus Lindsay.
Op de 32ste Algemene Vergadering van de Internationale Astronomische Unie (IAU), in de eerste helft van augustus gehouden in Kaapstad, vertelt de Zuid-Afrikaanse astronoom Kevin Govender – voorzitter van het organisatiecomité – dat radiosterrenkunde een essentiële rol speelt in de ontwikkeling van de Afrikaanse astronomie. ‘Met MeerKAT en SKA-Mid laten we zien waartoe we in staat zijn’, zegt hij. Govender is er trots op dat de IAU voor het eerst in het ruim 100-jarig bestaan bijeenkomt op het Afrikaanse continent. ‘Hiermee vieren we dertig jaar investering sinds het begin van de Zuid-Afrikaanse democratie in 1994,’ zegt hij. ‘Het is tijd voor Afrika.’
Mede op initiatief van radioastronoom en voormalig vakbondsleider en overheidsfunctionaris Bernie Fanaroff heeft de Zuid-Afrikaanse regering niet alleen fors geïnvesteerd in hardware, maar ook in menskracht. Voor de high school in Carnarvon – het dorp dat het dichtst bij de sterrenwacht ligt, op ruim 80 kilometer afstand – zijn de beste leraren aangetrokken; er worden studiebeurzen uitgereikt en technische opleidingen verzorgd, en bij de bouw van het observatorium zijn voornamelijk lokale arbeiders betrokken.
De gasten op de vip-trip – astronomen en kosmologen, Nasa-officials, lokale onderwijsdeskundigen en een handvol journalisten – moeten bij aankomst op het terrein allemaal hun telefoon en eventuele smartwatch inleveren. RFI – radio frequency interference – is het sleutelwoord: zelfs de zwakste kunstmatige radiosignalen kunnen de waarnemingen verstoren, en in het slechtste geval zelfs de extreem gevoelige ontvangers beschadigen. Alleen ouderwetse analoge camera’s mogen mee; de beroepsfotografen van het observatorium werken met apparatuur die vooraf in Kaapstad is gescreend.
Vanwege datzelfde RFI-risico is het kolossale computercentrum van de sterrenwacht volledig afgeschermd door stalen wanden. Voor de zekerheid ligt het half ondergronds, afgedekt door een kunstmatige heuvel. Hier worden de signalen van de tientallen schotelantennes bij elkaar ‘opgeteld’ en vindt de eerste gegevensverwerking plaats. Als SKA-Mid klaar is, gaat het om maar liefst 25 terabyte (25 miljoen MB) aan ruwe data per seconde. Via twaalf regionale datacentra, waarvan er een in Nederland komt, kunnen astronomen van over de hele wereld met de waarnemingen aan de slag.
Aan de voet van de eerste SKA-Mid-antenne valt het nog niet mee om je voor te stellen hoe het observatorium er over een paar jaar uit zal zien, wanneer MeerKAT is uitgebreid met nog eens twee keer zo veel synchroon bewegende Chinese schotels. Sommige daarvan komen op enorme afstanden van de centrale ‘kern’ te staan, achter de lage heuvels aan de horizon; de afgelopen jaren is hard gewerkt aan het uitkopen van boeren in het spaarzaam bevolkte gebied.
Hoe meer antennes je kunt koppelen, des te gevoeliger is je observatorium. En hoe verder die antennes uit elkaar staan, des te scherper kun je ‘kijken’. Die technologie, interferometrie geheten, werd ruim vijftig jaar geleden op kleine schaal al toegepast bij de radioschotels van Westerbork in Drenthe, maar bereikt straks met SKA-Mid een voorlopig hoogtepunt, vooral door de unieke combinatie van beeldscherpte en gevoeligheid.
Wat dat aan wetenschap moet gaan opleveren werd in 2015 al beschreven in een 2.000 pagina’s tellende science case. Metingen van de verdeling van koud waterstofgas in de kosmos; ruimtelijke kaarten van kosmische magneetvelden; waarnemingen van de nog steeds mysterieuze ultrakorte flitsen van radiostraling die in 2007 voor het eerst zijn ontdekt; wellicht radiosignalen van buitenaardse beschavingen (je kunt nooit weten), en natuurlijk de onverwachte en onvoorspelbare ontdekkingen die altijd opduiken wanneer een nieuw venster op het universum wordt geopend.
En dan vormt SKA-Mid nog maar de helft van de Square Kilometre Array. In de kurkdroge en vrijwel onbewoonde woestijn van West-Australië zijn de eerste manshoge antennes van SKA-Low al verrezen: eenvoudige staketsels die nog het meest lijken op metalen kerstbomen. Het moeten er maar liefst ruim 130 duizend worden, gegroepeerd in meer dan vijfhonderd antennevelden en verspreid over een gebied van 75 kilometer in middellijn. SKA-Low gaat onder andere op jacht naar de zwakke radiosignalen uit de babytijd van het heelal, toen in het afgekoelde oergas voor het eerst sterren en sterrenstelsels ontstonden.
Stilletjes hopen sterrenkundigen dat het tweecontinentenobservatorium in de verre toekomst nog eens tien keer zo groot en gevoelig gaat worden. Geen 197 schotelantennes in Zuid-Afrika, maar een slordige tweeduizend. En geen 130 duizend kerstbomen in Australië, maar een kleine anderhalf miljoen.
Maar volgens Magnus Lindsay staan die plannen voorlopig even op een laag pitje; de focus ligt op het voltooien van het observatorium zoals het nu is gepland. Als dat veel nieuwe en opzienbarende ontdekkingen oplevert, ontstaat er vanzelf behoefte aan uitbreiding, en hopelijk ook financiële ruimte, zegt hij, terwijl hij zijn blik laat dwalen over de tientallen schotels die nu al in de Karoo staan. ‘En het mooie van interferometrie is dat die uitbreiding stapsgewijs kan gaan. Elke nieuwe antenne maakt het observatorium weer een slag krachtiger.’
Dit artikel is mede mogelijk gemaakt door een subsidie van het VWN Tripfonds.
Geselecteerd door de redactie
Source: Volkskrant