Piramidepark

De nieuwe radiotelescoop Lofar is niet alleen een instrument voor astronomen. Ook geofysici kunnen het snelle datanetwerk dat de componenten verbindt benutten.

IN EEN STIL, door bos omgeven grasveldje bij het Drentse Dwingeloo staan een handjevol manshoge piramides van pvc-buizen. ``De kraamkamer van Lofar'', zegt Marco de Vos van het nabijgelegen astronomie-instituut Astron. Lofar (Low Frequency Array) is een verzameling van nóg 25 duizend piramidevormige antennes.

Verbonden door een hoge-capaciteits-datanetwerk moeten die in 2006 de grootste radiotelescoop ter wereld vormen, gebouwd door een consortium van universiteiten en bedrijven onder penvoering van Astron.

Eind november kreeg Lofar het definitieve fiat, doordat het kabinet een subsidie van 52 miljoen euro toekende. Die kwam uit de aardgasbatenpot BSIK van 800 miljoen, bedoeld voor de Nederlandse kennisinfrastructuur.

Die toekenning was nog behoorlijk spannend geworden. De `commissie van wijzen', die besliste over de miljoenen, vond Lofar als ICT-project niet zo innovatief, en er was ook weinig invloed op andere sectoren dan astronomie of ICT.

Astronomen waren in hun wiek geschoten, en waarschuwden voor de teloorgang van de wereldberoemde Nederlandse radio-astronomie. ``We hebben een actieve lobby opgezet'', zegt Astron-voorlichter Mark Bentum. Triomfantelijk, want het heeft blijkbaar gewerkt. Onderwijsminister Maria van der Hoeven belde zelf op met het goede nieuws, al moesten de plannen wel wat ingekrompen worden.

Gelukkig is het plan goed schaalbaar. ``De afzonderlijke antennes zijn heel eenvoudig'', zegt De Vos. Hij schroeft de punt van één van de piramides open. Vier stroomdraden die in de poten hangen vormen de eigenlijke antenne, waarvan het signaal versterkt wordt met een eenvoudige maar gevoelige analoge versterker. Daarna wordt het signaal gedigitaliseerd, en via een netwerk van glasvezelkabels samengebracht.

De antennes worden opgesteld in stations op de vijf spiraalvormige spaken met hun centrum in Drenthe. Met een doorsnee van 350 kilometer reikt het antennegebied tot in Noord-Duitsland.

Een centrale supercomputer combineert alle gegevens, waarna astronomen via internet hun gewenste meetresultaten op kunnen halen. In totaal zal de telescoop als hij aan staat tientallen terabytes (duizend miljard bytes) per seconde verzamelen, waaruit in noodtempo beelden van hemelse radiobronnen gedestilleerd moeten worden, al was het maar omdat niet alles opgeslagen kan worden.

golftoppen

Lofar moet radiostraling uit het heelal oppikken tussen 10 en 250 megahertz. Cruciaal hiervoor is de met de `phased array'-techniek, die ook in radartoepassingen gebruikt wordt. Radiostraling uit één bepaalde hoek komt een fractie van een seconde eerder aan in het ene station dan in het andere. Door het signaal van het het ene station iets te vertragen, versterken de golftoppen elkaar, en kun je de signalen uit één richting uitfilteren. Er kan zelfs in meer richtingen tegelijk gekeken worden.

De enorme grootte van het antennegebied zorgt daarbij voor een ongekend scheidend vermogen, zegt hij. ``In theorie is het alsof je een schotelantenne hebt van 350 kilometer doorsnee.''

Het uitgebreide oppervlak maakt bovendien een einde aan de hinderlijke storingen van de ionosfeer, die astronomische waarnemingen in dit gebied eerder verhinderden. ``Het is alsof je van de bodem van een zwembad naar spots aan het plafond kijkt'', schetst De Vos. Door signalen uit veel antennestations te combineren, is deze verstoring eindelijk op te heffen. En passant verzamel je ook nog informatie over het gedrag van de ionosfeer, interessant voor atmosfeerwetenschappers.

Hiernaast zijn er nóg talloze stoorzenders die uit het signaal gefilterd moeten worden. Niet voor niets is het in de buurt van de radiotelescopen streng verboden mobiel te bellen. En het frequentiegebied waarin FM-radio en televisie zitten wordt niet meegenomen, maar combinatiesignalen, optelsommen of verschillen van twee zulke signalen, kunnen wel in beeld komen. Ook elektronica en bijvoorbeeld auto- of tractormotoren veroorzaken nogal wat stoorsignalen, zelfs in het rustige Drenthe.

Ingenieuze algoritmes zullen eraan te pas komen om alle ruis weg te poetsen. Maar ja, ``klassieke radiotelescopen waren niet meer zinnig uit te breiden'', aldus astronoom Huub Röttgering van de Leidse Sterrewacht. Met collega George Miley was hij een van de wetenschappelijke initiatiefnemers van het project.

Dankzij zijn hoge gevoeligheid is de telescoop uitermate geschikt voor de detectie van veranderlijke radiosignalen uit het heelal. Te denken valt aan gewelddadige botsingen tussen zwarte gaten of neutronensterren, waarvan de straling nog nooit gezien is, of het nagloeien van de intensief onderzochte gamma-uitbarstingen. Ook grote planeten buiten het zonnestelsel zenden radiostraling uit, net als pulsars, regelmatig uit- en aan-knipperende radiobronnen.

De Vos: ``Je kunt er bijvoorbeeld een catalogus van pulsars mee maken. Dat klinkt misschien wat prozaïsch, maar het blijkt dat je bij het maken van zo'n catalogus bijna altijd nieuwe objecten vindt die niet in je classificatieschema passen.'' Eigenlijk hoop je natuurlijk altijd op iets onverwachts en spectaculairs, bekent de Astron-medewerker.

Ook sterrenstelsels waar nog steeds sterren gevormd worden zijn onderwerp van onderzoek, in combinatie met andere telescopen. Maar het warmst worden veel heelalonderzoekers misschien wel van de blik op de `dark ages' van het heelal, honderdduizenden jaren na de oerknal, toen de eerste sterrenstelsels verschenen. In die tijd hadden elektronen en geladen waterstof- en heliumatomen elkaar net geneutraliseerd. Het licht van de eerste sterrenstelsels verhitte het interstellaire gas en maakte juist weer elektronen los in het interstellaire gas, de tijd van de `reïonisatie'. Met Lofar zijn signalen van dit gereïoniseerde gas op te vangen, wat een blik biedt in een nog niet eerder gezien verleden.

gasbellen

Ook niet-astronomen kunnen aan hun trekken komen. Zo zouden zonnewetenschappers uitbarstingen op de meest nabije ster kunnen volgen in combinatie met een radarstation in Zweden. Zweedse radarbundels kaatsen terug op de geladen gasbellen die de zon af en toe de ruimte in boert. Op aarde kunnen ze noorderlicht en satellietstoringen veroorzaken.

Ook de onderzoekers naar raadselachtige superzware kosmische deeltjes hebben er straks een instrument bij. Deze geladen deeltjes, die zó hard door het heelal razen dat er eigenlijk geen verklaring is voor hun oorsprong, veroorzaken bij aankomst in de atmosfeer een uitbarsting van radiostraling.

Nog verder van huis is er interesse van geofysici, die signalen van seismische proeven willen transporteren over het uitgebreide datanetwerk. En precisielandbouw, het nauwkeurig in de gaten houden van gewassen met een netwerk van sensoren, is volgens Astron ook een optie.

In 2006 moet de telescoop al aan het meten gaan. ``maar eigenlijk zijn we al begonnen'', zegt De Vos in zijn kraamkamer. De tien piramides in de Astron-proeftuin hebben eerder dit jaar al zeer ruwe opnames gemaakt. De Vos: ``Je kunt er net de melkweg op zien.''