Wetenschap; Een eindeloos groot laboratorium

In de ruimte is onderzoek mogelijk dat op aarde niet kan worden gedaan. Infrarood-onderzoek is daarbij een Nederlands specialisme.

DE RUIMTE HEEFT de wetenschap een hoop te bieden. Zo heeft de Hubble Space Telescoop, die vanuit een satelliet op de sterrenhemel is gericht, niet te lijden van de aardatmosfeer die het licht stoort. Nu komt hij met kraakheldere beelden, die astronoom èn leek in vervoering brengen.

Ook kan hij de kosmos door een infrarode of ultraviolette bril bezien -'kleuren' die een aardse kijker niet eens te zien krijgt.

De Hubble is het vlaggenschip van een omvangrijke vloot. Nieuwsgierige satellieten doorkruisen ons zonnestelsel en parkeren, zoals onlangs de Pathfinder en over enkele jaren de Huygens-Cassini, met zachte landingen instrumenten op planeten. Het levert een schat aan wetenschappelijke gegevens op. Ook de aarde is onderwerp van onderzoek. Bewegingen van de aardkorst, stromingen in de oceanen, de ozonlaag, weer en klimaat worden alle vanuit de ruimte in de gaten gehouden.

“In de ruimte is fundamenteel onderzoek mogelijk dat op aarde niet kan”, zegt prof.dr.ir. J.A.M. Bleeker, wetenschappelijk directeur van de Stichting Ruimte Onderzoek Nederland (SRON). “In de astrofysica en sterrenkunde is dat evident, je kunt met de Pathfinder in situ onderzoek doen aan planeten, of er de evolutie van het heelal mee bestuderen. Inmiddels hebben we het terrein verbreed naar aardobservatie. Alleen vanuit de ruimte kun je onze planeet als geheel bestuderen, zoeken naar de essentiële factoren die ons klimaat bepalen.”

De SRON (spreek uit: esron), onderdeel van de Nederlandse organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek, beschikt over eigen laboratoria in Groningen en Utrecht. Internationaal staat vooral het astrofysische onderzoek hoog aangeschreven. Het jaarbudget is 25 miljoen gulden, plus externe financiering op projectbasis door organisaties als de ESTEC en de ruimtevaartindustrie. “We zijn een actieve partner binnen het wetenschappelijk programma van de ESA”, zegt Bleeker, “in praktisch al hun astrofysische satellieten waren we vertegenwoordigd. Tegelijk willen we continuïteit. Af en toe participeren we daarom in NASA-satellieten om expertise op het gebied van instrumentatie vast te houden. Komend najaar lanceren de Amerikanen een röntgensatelliet waar wij ons als enige Europese deelnemer hebben weten in te vechten.”

Een gebied waar Nederland voorop loopt, is het infrarood-onderzoek. Koele objecten als kometen, planeten en verre stof- en gaswolken zenden hun licht vooral uit in dit golflengtegebied. Omdat ook meetinstrumenten infrarood uitstralen, zou een telescoop zichzelf verblinden als hij niet met vloeibaar helium tot vlak boven het absolute nulpunt wordt afgekoeld. Het is dus de truc zuinig met dit helium om te springen: zodra het is verdampt, is het met de infraroodkijker gedaan. Een enorm succes was de Nederlands-Brits-Amerikaanse IRAS (Infrared Astronomical Satellite), gelanceerd in 1983. Die bracht als eerste de infraroodhemel in kaart en ontdekte dat jonge sterrenstelsels, waar gaswolken nog volop sterren baren, in het infrarood tot 500 keer helderder zijn dan onze Melkweg.

November 1995 is de IRAS opgevolgd door de ISO (Infrared Space Observatory). Deze Europese satelliet neemt geselecteerde bronnen onder de loep en bestrijkt een breder golflengtegebied. Door een combinatie van gevoeliger detectoren en langere meettijden komt hij met gedetailleerdere opnamen dan waartoe zijn voorganger in staat was. Ook nu is een deel van de apparatuur door de SRON ontwikkeld. Dit jaar kwam het wetenschappelijke tijdschrift Astronomy and Astrophysics met een speciaal ISO-nummer, met veel bijdragen van Nederlandse auteurs.

De SRON participeert in twee gamma-satellieten. De kortgolvige, zeer energierijke gammastraling komt vrij bij heftige kosmische gebeurtenissen, zoals supernova-explosies of de formatie van zwarte gaten. In 1991 bracht een Space Shuttle de Compton Gamma Ray Observatory van de NASA in de ruimte, met aan boord de Imaging Compton Telescope. Vier jaar eerder is een binnen de SRON ontwikkelde röntgen-groothoekcamera bevestigd aan het Russische ruimtestation Mir. Een verbeterde variant ging vorig jaar mee met de Italiaans-Nederlandse satelliet BeppoSAX om veranderlijke bronnen op te sporen,zoals de mysterieuze 'gammaflitsen' van buiten ons Melkwegstelsel.

Aardonderzoek is binnen de SRON een terrein in opkomst. Bij positiebepalingen mikken lasers krachtige pulsen op satellieten die voorzien zijn van reflectoren. Uit de 'vluchttijd', gecombineerd met de positie van de satelliet die tot op centimers nauwkeurig bekend is, laten de lasercoördinaten - en daarmee de drift van een stuk aardkorst of een gletsjer - zich reconstrueren. Een nieuwe ontwikkeling op dit terrein is de SAR-interferometrie, waarbij radarbeelden van verschillende tijdstippen op elkaar worden gelegd en zo de bodembeweging eveneens zichtbaar maken. Beide technieken worden toegepast aan de TU Delft.

Remote sensing gebeurt met de satellieten ERS-1 en ERS-2. De laatste, gelanceerd in 1995, maakt radarhoogtebepalingen mogelijk tot op 1 centimeter nauwkeurig. Zo verraden variaties in de gemiddelde hoogte van de oceaanspiegel de topografie van de zeebodem, bijvoorbeeld de positie van vulkaanbergen. Met dezelfde techniek volgt het Instituut voor Marien en Atmosferisch Onderzoek in Utrecht in de oceanen de loop van stromingen en wervels, gebruikmakend van Delftse software.

Eveneens op de ERS-2 zit een instrument voor het meten van ozon: GOME (Global Ozon Monitoring Experiment), gebouwd bij de Technisch Physische Dienst van TNO. Dezelfde instelling ontwikkelt samen met Fokker Space en de SRON een gevoelige spectrometer die de chemie van de atmosfeer vanuit de ruimte gaat volgen - onderzoek waarbij samenwerking is gezocht met Nobelprijswinnaar Paul Crutzen.

De ruimte is hèt laboratorium voor precisie-onderzoek bij gewichtsloosheid.

Iedereen heeft de Mir-bemanning, ter afwisseling van rampspoed met falende computers en botsende vrachtmodules, naar zwevende en trillende bolletjes melk zien happen: eenmaal in een baan om de aarde, met de stuwmotoren uit, valt in een satelliet ieder gewicht weg. In het Utrechtse Hubrecht-laboratorium kijken ontwikkelingsbiologen of een bevruchte eicel zonder gewicht weet waar de differentiatie tot kop, staart of organen moet plaatshebben. Botontkalking is het onderwerp van het Academisch Centrum Tandheelkunde Amsterdam. Met proeven naar de mineraalhuishouding van middenvoetsbeentjes bij ruimtemuizen hoopt men de oorzaak van deze onomkeerbare kwaal - die ouderen èn astronauten treft - te achterhalen.

“Veel microgravitatie-onderzoek op het gebied van de levenswetenschappen is een afgeleide van de bemande ruimtevaart”, zegt Bleeker. “Hoe kan de mens tijdens langdurige gewichtsloosheid overleven. De SRON verleent op dit terrein subsidies aan universitaire projecten, het onderzoek is te divers voor een eigen instituut op dit terrein. Microgravitatie-onderzoek moet zich nog bewijzen en zolang krijgt het het voordeel van de twijfel. Een Nijmeegse groep probeert in de ruimte de eiwitstructuur van rhodopsine te bepalen door het in een reageerbuis te laten uitkristalliseren en af te tasten met röntgenstralen.

Op aarde gooit de zwaartekracht roet in het eten. De hardheid van dat soort onderzoek is onduidelijk, Amerikaanse experimenten tonen een gebrekkige reproduceerbaarheid. Toch steunen we het wegens het verkennende karakter.

Maar om op basis van kristalgroei-experimenten de hoge kosten van het bemande ruimtestation Alfa te rechtvaardigen, zoals je ziet gebeuren, raakt wetenschappelijk kant noch wal.''

    • Dirk van Delft