NIEUWS
uit de
KOSMOS

Govert Schilling

NIEUWS
uit de
KOSMOS

40 jaar
sterrenkundige
hoogtepunten

FONTAINE UITGEVERS

Dit boek is een uitgave van

Fontaine Uitgevers, Amsterdam

www.fontaineuitgevers.nl

© 2024 Govert Schilling, Fontaine Uitgevers

www.allesoversterrenkunde.nl

Ontwerp omslag: Villa Grafica

Ontwerp binnenwerk: Aard Bakker

Auteursfoto: Stefan Witte

ISBN 9789464043075

NUR 917/410

Deze digitale editie is gemaakt naar de eerste druk, 2024, met ISBN 9789464043068

Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm, elektronisch databestand of op welke andere wijze ook, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever.

Inhoud

Voorwoord

Inleiding

1984 Astronomen hebben handen vol aan resultaten IRAS-missie

1985 Ruimtesonde Giotto op pad naar beroemde komeet Halley

1986 Voyager-vlucht langs Uranus levert louter verrassingen op

1987 Helderste supernova sinds eeuwen is sterrenkundige goudmijn

1988 Rondtollende ster verdampt begeleidende dwerg

1989 Scheervlucht langs Neptunus is sluitstuk van Voyager-missie

1990 Lancering Hubble-telescoop luidt revolutie in de sterrenkunde in

1991 Astronomisch paradijs Mauna Kea herbergt grootste telescoop ooit

1992 Magellan-missie onthult ware aard van buurplaneet Venus

1993 Leeftijdscrisis heelal houdt kosmologische gemoederen bezig

1994 Astronomen zitten klaar voor komeetinslag op Jupiter

1995 Eerste planeet bij andere ster is zwaar buitenbeentje

1996 Hubble Deep Field: ‘ultieme’ foto van jong heelal

1997 Met Pathfinder begint een nieuwe fase in het Marsonderzoek

1998 Supernova’s laten zien: heelal dijt steeds sneller uit

1999 Totale zonsverduistering brengt sterrenkundigen op de been

2000 Rondzwierende sterren verraden zwaar zwart gat in Melkwegkern

2001 Ruimtesonde maakt halfzachte landing op ‘liefdesrots’ Eros

2002 Vrijwilligers oefenen voor verblijf op Mars in woestijn Utah

2003 Astronomen ontdekken relatie tussen gammaflitsen en supernova’s

2004 Eindelijk definitief bewijs voor nat verleden van Mars

2005 Huygens-capsule landt op Saturnusmaan Titan

2006 Stemming moet uitsluitsel geven over planeetstatus Pluto

2007 ALMA: sterrenkunde op 5000 meter boven zeeniveau

2008 Pierre Auger-observatorium moet ‘knockout’-deeltjes ontraadselen

2009 Ruimtetelescoop Kepler gaat op jacht naar een tweede aarde

2010 Nederland neemt revolutionaire software-telescoop LOFAR in gebruik

2011 Speurtocht naar aardscheerders wordt steeds intensiever

2012 Opnieuw vraagtekens bij ontstaanstheorie maan

2013 Kepler-telescoop levert tsunami van exoplaneten op

2014 Europese Rosetta-sonde arriveert in baan rond ‘badeend-komeet’

2015 Ontdekking zwaartekrachtgolven kan elk moment plaatsvinden

2016 Boringen moeten licht werpen op krater van dino-inslag

2017 Astro-paparazzi jagen op de eerste foto van een zwart gat

2018 Crisis in de kosmologie: uitdijing heelal gaat sneller dan voorspeld

2019 Klopjacht op Planeet Negen levert tot nu toe nog niets op

2020 Snelle radioflitsen zijn afkomstig van kosmische supermagneten

2021 Robotwagentje Perseverance gaat bodemmonsters verzamelen op Mars

2022 Natuurkundigen bouwen neutrinotelescoop op bodem Middellandse Zee

2023 Kosmische knipperbollen verraden trage trillingen in de lege ruimte

Register

Voorwoord

door Vincent Icke

Helm op, stoelriemen vast: Govert Schilling schiet ons het heelal in, in veertig verschillende richtingen. Blijkbaar kon hij niet wachten tot 42, een getal dat een duidelijke kosmische betekenis heeft, zoals lezers van The Hitchhiker’s Guide to the Galaxy weten.

Dit boek bevat dus veertig van Goverts artikelen, uit de jaren 1984 tot en met 2023. Gegeven die keuze vroeg ik mij natuurlijk af: wat staat er op één? Wat op veertig? En bovendien: wat komt daarna?

Reeds bij het lezen van het tweede artikel viel mij op dat het eerste, uit 1984, 2057 woorden telt, en het tweede, een jaar later, slechts 1232. De bèta-in-mij laat dat niet zomaar passeren, en vraagt zich dan meteen af: hoe zit dat? Was er een redacteur bij de Volkskrant met een héél dik rood potlood, die tussen 1984 en 1985 de jonge journalist wat bescheidenheid bijbracht? Dat kan het niet geweest zijn, want ook toen al schreef Govert bijzonder goed.

Wat zit er dan wel achter dat verschil in lengte? Je bent wetenschapper, of niet. Dus ben ik maar eens gaan turven. Het artikel uit 1986 heeft 1886 woorden, het volgende 1843. Dat lijkt stabiel, maar daarna is het 1334. Ik heb ze toen allemaal geteld, op een rijtje gezet, en geprobeerd er systeem in te ontdekken.

Dat viel helemaal niet mee. Het langste stuk telt 2435 woorden (2002), het kortste 561 – en dat is bijna het meest recente, uit 2020. Toch dat rode potlood, of moesten de afstanden in de kosmos inschikken om meer ruimte te maken voor advertenties over cruises op planeet Aarde, die hoogstens een tiende van een lichtseconde lang zijn? Het viel mij op dat de verdeling van de lengtes beslist niet normaal is. Er zijn er bijna evenveel van zo’n duizend woorden als van tweeduizend. Heel toepasselijk, want in dit boek lees je dat zowat niets in het ‘heelal ‘normaal’ is, naar aardse maatstaven. Dat is ook leuk voor de lezer. Of je nu haast hebt of alle tijd, in deze verzameling vind je altijd iets passends. Dat geldt ook voor de onderwerpen. Kleine planeten of grote zwermen van sterrenstelsels, op veilige afstand van een zwart gat of gevaarlijk dichtbij, bij het absolute nulpunt of in de gloed van de oerknal, nabij als de Zon of ver weg als de quasars: het is hier allemaal.

Is het niet een beetje raar, een boek numeriek te analyseren, in plaats van het over de inhoud te hebben? Welnu, voor wie inhoud eist heb ik goede raad: ga het lezen. Een voorwoord is geen samenvatting (onmogelijk zonder het werk tekort te doen) of een boekbespreking (dat zou pas echt arrogant zijn). Uitzoeken hoe Goverts werk van toen zich verhoudt tot de tegenwoordige stand van zaken is vast heel amusant, maar dat laat ik aan anderen. Het heelal in, met veertig sprongen: dat is een goed begin. Maar ik ben ook nieuwsgierig naar wat daarna voor moois komt. Op naar nummers 41, 42… Maar eerst deze veertig lezen. Stuk voor stuk.

Vincent Icke is hoogleraar Theoretische sterrenkunde
aan de Universiteit Leiden.

Inleiding

Veertig jaar geleden zag de wereld er heel anders uit. De Berlijnse Muur was nog niet gevallen, Joegoslavië was één land, en Ronald Reagan was president van de Verenigde Staten. Er leefden minder dan vijf miljard mensen op aarde, onder wie Salvador Dalí en Andy Warhol. Apple had net zijn eerste personal computer gelanceerd, maar internet en mobiele telefonie stonden nog in de kinderschoenen. Dilan Yeşilgöz was een 6-jarig meisje in Ankara, Thierry Baudet kreeg een paar keer per dag een schone luier, en Rob Jetten moest nog geboren worden. Net als Lady Gaga en Max Verstappen trouwens. Het klinkt bijna als de prehistorie.

Ook de wereld van de astronomie was veertig jaar geleden heel anders dan nu. Saturnus was de verste planeet die ooit bezoek had gekregen van een ruimtesonde. De Hubble Space Telescope zou zes jaar later pas gelanceerd worden. Van donkere energie, gammaflitsen en magnetars had nog nooit iemand gehoord, en over exoplaneten en zwaartekrachtgolven konden sterrenkundigen alleen maar speculeren. In 1984 twijfelden sommigen zelfs nog aan het bestaan van zwarte gaten.

Dat jaar, op zaterdag 3 maart om precies te zijn, verscheen mijn eerste artikel in de Volkskrant. Dat kwam zo. Twaalf jaar eerder, in maart 1972, was ik als 15-jarige scholier definitief gevallen voor de sterrenkunde, toen ik op een sterrenkijkavond in mijn toenmalige woonplaats Maarssen de planeet Saturnus zag door een echte telescoop. Na wat omzwervingen qua opleiding en werk wist ik in 1982 van mijn hobby mijn beroep te maken, als programmaleider van het Zeiss Planetarium in het Amsterdamse Gaasperpark. Tijdens een borrel na afloop van de première van een nieuwe planetariumvoorstelling werd ik aangesproken door journalist Hans Friedeman van de Volkskrant. Of ik misschien een Nederlandse astronoom kende die regelmatig over ontwikkelingen in de sterrenkunde zou willen schrijven voor het nog relatief jonge wetenschapskatern van de krant. ‘Nu of nooit’ schoot het door me heen, en met het hart in de keel stelde ik voor dat ik dat zelf wel graag zou willen doen.

Schrijven deed ik al sinds de kleuterschool. Familiekrantjes, de schoolkrant, het kwartaalblad UniVersum van de JWG (Jongerenwerkgroep voor sterrenkunde) – overal schreef ik aan mee en meestal zat ik in de redactie. Sinds 1980 werkte ik zelfs één dag per week als hoofdredacteur van het astronomisch maandblad Zenit, dat nog steeds bestaat. Maar schrijven voor een van de grootste Nederlandse dagbladen – dat was natuurlijk heel andere koek.

Mijn eerste artikel (tevens het eerste artikel in deze bundel) ging over de Nederlands-Amerikaanse infraroodkunstmaan IRAS, die eind 1983 zijn revolutionaire waarnemingsprogramma had beëindigd. IRAS was echt een hoogtepunt in het ruimteonderzoek van die tijd, en gedurende de veertig jaren die sindsdien zijn verstreken, heb ik het voorrecht gehad om over nog veel meer hoogtepunten en opzienbarende ontdekkingen verslag te mogen doen in de krant, in de vorm van vele honderden nieuwsberichten, achtergrondverhalen, reportages en interviews. Ondertussen ‘versleet’ ik vier hoofdredacteuren en minstens vijf wetenschapschefs.

Als ik nu door al die artikelen blader (deels nog in de vorm van knipsels in ouderwetse plakboeken, maar voornamelijk in digitale vorm op mijn pc), realiseer ik me pas goed wat een enorme ontwikkeling de astronomie heeft doorgemaakt in de afgelopen vier decennia. Nieuwe telescopen en ruimtesondes (waaronder de revolutionaire Hubble Space Telescope), karretjes op Mars, planeten bij andere sterren, intrigerende raadsels op het gebied van de kosmologie, onverwachte ontdekkingen en speculatieve theorieën – werkelijk alles komt voorbij. Mijn Volkskrant-archief is tevens een staalkaart van veertig jaar sterrenkundige progressie.

Bij het samenstellen van Nieuws uit de kosmos heb ik voor elk kalenderjaar één artikel uitgekozen. Dat viel nog niet mee; sommige boeiende ontwikkelingen of ruimtemissies (zoals bijvoorbeeld de ruimtetelescopen Gaia en Planck) vielen helaas tussen de wal en het schip. Bij de uiteindelijke selectie uit mijn vele honderden Volkskrant-bijdragen viel de keuze eerder op een langer overzichtsartikel waarin de nodige achtergrondinformatie wordt geboden dan op een beknopt, feitelijk nieuwsbericht van een paar alinea’s. Op die manier biedt dit boek ook een verfrissende kennismaking met vrijwel elk deelgebied van de sterrenkunde, en maak je als lezer in feite een boeiende reis door de tijd, langs veertig astronomische hoogtepunten.

De artikelen zijn van nieuwe titels voorzien en heel licht geredigeerd. Onder aan elk artikel is een kort commentaar toegevoegd, waarin ik latere ontwikkelingen belicht en waar mogelijk verwijs naar gerelateerde artikelen in het boek.

In de afgelopen veertig jaar is ook de (wetenschaps)journalistiek ingrijpend veranderd – ook dat valt in deze bundel terug te zien. Kranten moesten de concurrentie aangaan met tijdschriften, websites, blogs en sociale media; internet begon ook voor de reguliere dagbladen een steeds belangrijkere rol te spelen; artikelen werden korter en laagdrempeliger; serieuze koppen maakten plaats voor click bait. Mijn IRAS-verhaal uit 1984 zou nu nooit meer de papieren krant halen.

Maar wat nooit veranderd is: de enorme belangstelling bij een groot publiek voor alles wat zich buiten de aarde afspeelt. Sterrenkunde is onverminderd populair, en zal ook de komende veertig jaar ongetwijfeld tot de verbeelding blijven spreken, ook al omdat de astronomie een veelbelovende toekomst tegemoet gaat. Of de Volkskrant in 2064 nog bestaat is ongewis, maar als er dat jaar opnieuw een Nieuws uit de kosmos-achtige bundel verschijnt, weet ik zeker dat ook die bol zal staan van fascinerende ontdekkingen en kosmische vergezichten.

Govert Schilling

1984

Astronomen hebben handen vol aan resultaten IRAS-missie

‘IRAS is dood, leve IRAS!’ Harm Habing, leider van het Europese wetenschapsteam van het IRAS-project, is zeer tevreden over de prestaties van deze infraroodkunstmaan. Stervormingsgebieden werden uitgebreid onderzocht, er werden sterrenstelsels gedetecteerd waarin geboortegolven van nieuwe sterren plaatsvinden, en bij een aantal sterren vond IRAS zelfs aanwijzingen voor het ontstaan van planeten.

De wetenschappelijke satelliet IRAS werd eind januari 1983 gelanceerd vanaf een basis in Californië. Vanuit een negenhonderd kilometer hoge omloopbaan over de polen ging de astronomische satelliet tien maanden lang op zoek naar infraroodstraling in het heelal. De voorbereiding van het project had tien jaar geduurd. De kosten bedroegen 450 miljoen gulden (205 miljoen euro), de Nederlandse bijdrage daaraan was 140 miljoen gulden (64 miljoen euro).

IRAS (Infra Rood Astronomische Satelliet) was een gezamenlijke onderneming van Nederland, de Verenigde Staten en Groot-Brittannië. De satelliet en de boordcomputers werden in Nederland gebouwd. De Verenigde Staten leverden de infraroodtelescoop en verzorgden de lancering, terwijl in Groot-Brittannië het IRAS-grondstation ingericht was. Tien maanden lang heeft het gevoelige instrumentarium de sterrenhemel bestudeerd op infrarode golflengten die op aarde niet waarneembaar zijn: de aardse dampkring houdt langgolvige infraroodstraling geheel tegen.

Veel van de energie in het heelal komt vrij in de vorm van infraroodstraling. Deze straling komt vooral vrij tijdens de geboortefase van sterren, die zich in dichte gas- en stofwolken voltrekt, en wanneer sterren na miljarden jaren opnieuw in gas en stof gehuld aan hun einde komen.

Om ervoor te zorgen dat de waarnemingen niet overstraald zouden worden door de warmtestraling van de satelliet zelf, was de telescoop in een overmaatse thermosfles geplaatst, en werd hij met behulp van zeventig kilo supervloeibaar helium gekoeld tot een temperatuur van 2 graden boven het absolute nulpunt (minus 271 graden Celsius). Op 22 november 1983, een maand later dan vóór de lancering was verwacht, was al dat helium verdampt en konden er met IRAS geen waarnemingen meer gedaan worden. Inmiddels was bijna de gehele sterrenhemel viermaal door de IRAS-detectoren waargenomen. Er is zoveel materiaal verzameld dat alleen de gegevensverwerking al een haast onafzienbaar karwei is. Op het Groningse Laboratorium voor Ruimteonderzoek (LRO) legt men zich momenteel vooral toe op de verwerking van de waarnemingsgegevens van het Nederlandse fotometerexperiment.

Het gaat daarbij om het zogenaamde DAX (Dutch Additional Experiment)-instrument, ontworpen door het LRO. IRAS heeft gedurende tien maanden vele rondjes om de aarde gemaakt en dagelijks van zo’n 10.000 sterren het infraroodspectrum opgenomen. Alle waarnemingen werden een aantal keren herhaald om valse signalen eruit te halen. Bronnen die een nader onderzoek waard waren werden nog eens bekeken met DAX. Dit instrument heeft een groter oplossend vermogen: het kan veel scherper kijken dan het hoofdinstrument aan boord van IRAS.

De gegevens die DAX heeft opgenomen zetten de onderzoekers voor allerlei onverwachte problemen, waarvoor oplossingen moeten worden bedacht. Oplossingen die vertaald moeten worden in computerprogrammatuur waarmee de gegevens bewerkt kunnen worden. Zo blijkt dat de fotometerdetectoren tal van niet-reële piekjes hebben geregistreerd, die uit de waarnemingen moeten worden gefilterd. Paul Wesselius van het Groningse LRO hierover: ‘Sommige van die storingen worden veroorzaakt door elektronische overspraak wanneer een detector wordt getroffen door een hoogenergetisch deeltje uit de zonnewind. Maar andere ontstaan alleen doordat de detector een beetje te enthousiast reageert wanneer er een nieuwe bron in beeld komt.’

Het zal nog jaren duren voordat alle gegevens op hun wetenschappelijke waarde zijn uitgeplozen. Maar men is daar al hard mee bezig. ‘Elke onderzoeker heeft een boterham gesneden uit het grote IRAS-brood,’ legt Teije de Jong van het Amsterdamse sterrenkundig instituut uit, ‘en zit daar nu in zijn eigen kamertje op te kauwen.’ Sommige van die boterhammen zijn het waard om even wat van mee te proeven.

Zelf is De Jong in het IRAS-materiaal aan het speuren geweest naar een tiende planeet, naast de reeds negen bekende planeten zoals Venus, Jupiter en de aarde. Als die tiende planeet werkelijk bestaat, moet de warmtestraling ervan door IRAS zijn waargenomen. Tot nu toe is er niets gevonden, maar binnenkort wordt de zaak in Amerika systematisch aangepakt.

Overigens is er in het zonnestelsel wel een ander merkwaardig object gevonden dat de aanduiding 1983TB heeft gekregen. Het is een zeer uitzonderlijke planetoïde, een rotsblok van circa twee kilometer groot, die de zon tot op een afstand van slechts twintig miljoen kilometer kan naderen. De kleinste afstand tot de aarde kan momenteel volgens recente berekeningen van de Belgische rekenaar Jean Meeus circa drie miljoen kilometer bedragen (dat zal bijvoorbeeld het geval zijn op 14 december 2050). In de verre toekomst zal die kleinste afstand nog afnemen, en het is niet onmogelijk dat er na het jaar 2200 een botsing met de aarde plaatsvindt.

Toen de baan van 1983TB eenmaal berekend was, bleek dat die samenvalt met de baan van de stofdeeltjes die elk jaar in december voor de zogeheten Geminiden-meteorenregen zorgen. Die ‘vallende sterren’ ontstaan wanneer de aarde de baan van zo’n wolk kruist, waarbij een groot aantal stofdeeltjes in de dampkring verbrandt. Omdat algemeen wordt aangenomen dat meteoren geassocieerd zijn met kometen, is het waarschijnlijk dat 1983TB de ‘uitgedoofde’ kern van een komeet is.

IRAS heeft trouwens ook zes ‘gewone’ kometen ontdekt waarvan er één op 11 mei 1983 ‘rakelings’ langs de aarde scheerde: de afstand bedroeg niet meer dan 5,4 miljoen kilometer, en je kon de wazige lichtvlek in de loop van een nacht duidelijk zien bewegen. Deze afstand is gelijk aan veertienmaal de afstand tussen maan en aarde. Het lijkt ver, maar voor een komeet is zoiets vlakbij.

Ook bij andere sterren zijn wellicht kometen ontdekt. In de loop van 1983 kwam IRAS uitgebreid in het nieuws met de ontdekking van een zonnestelsel-in-wording rond de heldere ster Wega. Paul Weissman van het Jet Propulsion Laboratory in Californië meent dat deze waarnemingen ook verklaard kunnen worden door een grote wolk van komeetkoppen die rond Wega bewegen. (Ook de zon wordt op grote afstand door zo’n wolk van komeetkoppen omgeven, de Oortwolk, genoemd naar de Leidse sterrenkundige Jan Hendrik Oort.)

IRAS kon de objecten rond Wega niet afzonderlijk zien, maar detecteerde alleen een onverwacht grote hoeveelheid infraroodstraling. In feite is zelfs niet bekend of het om kleine gruisdeeltjes gaat of om veel grotere objecten als kometen of misschien zelfs planeten. Feit is echter dat de IRAS-waarnemingen wijzen op een temperatuur van circa 80 graden boven het absolute nulpunt. Inmiddels is een tweede ster gevonden, Fomalhaut, die net als Wega te veel infraroodstraling uitzendt, wat wijst op een stof- en gruisring rond de ster.

Rens Waters van het Utrechtse Laboratorium voor Ruimteonderzoek is er vrijwel zeker van dat de infraroodstraling niet het gevolg is van massaverlies van de ster, zoals dit bij Betelgeuze in het sterrenbeeld Orion is aangetoond. Hij heeft Fomalhaut waargenomen met de vliegende ultraviolet-telescoop IUE (International Ultraviolet Explorer), en niets wijst erop dat de ster materie het heelal in blaast. ‘Je moet dan wel aannemen dat er koel materiaal om de ster beweegt waaruit in de toekomst wellicht planeten kunnen ontstaan,’ aldus Waters. Bij andere sterren die onverwacht veel infraroodstraling uitzenden is het minder duidelijk wat de oorzaak is.

Ook IRAS-waarnemingen van stervormingsgebieden zijn niet altijd eenduidig. De warmtestraling kan afkomstig zijn van jonge protosterren (sterren in wording), die omgeven worden door het stof en gas waaruit ze zijn ontstaan, maar het is ook mogelijk dat het heldere, geëvolueerde sterren betreft die schuilgaan achter een wolk van interstellair materiaal.

De ongeëvenaarde gevoeligheid van IRAS heeft er echter wel voor gezorgd dat in sommige uitgestrekte donkere wolken tientallen infraroodbronnen zijn ontdekt. Veel van die bronnen zijn protosterren, maar er zijn ook koele, samentrekkende bolwolken bij – zogeheten Bokglobulen, genoemd naar de Nederlands-Amerikaanse sterrenkundige Bart Bok – waaruit nog nieuwe sterren moeten ontstaan.

In ons eigen Melkwegstelsel komt vrij veel stervorming voor, voornamelijk in de spiraalarmen van het stelsel, waar zich de meeste gas- en stofwolken bevinden. Andere sterrenstelsels vertonen soms veel minder of juist veel meer stervormingsactiviteit dan ons Melkwegstelsel. Het Andromedastelsel bijvoorbeeld, het dichtstbijzijnde grote spiraalstelsel, zendt in verhouding weinig infraroodstraling uit, wat wijst op een geringe mate van stervorming. Hoe dat verschil tussen ons Melkwegstelsel en het Andromedastelsel verklaard moet worden is niet geheel duidelijk.

Elliptische sterrenstelsels, die geen spiraalstructuur vertonen, werden helemaal niet gedetecteerd door IRAS. Dat is echter minder verwonderlijk, want van deze stelsels is bekend dat ze uit oude sterren bestaan en geen interstellair gas en stof bevatten. Tot ieders verbazing ontdekte IRAS ook sterrenstelsels waarin ware geboortegolven van nieuwe sterren lijken voor te komen. Sommige stelsels zenden in het infrarode deel van het spectrum wel vijftigmaal zoveel energie uit als in het zichtbare deel. Dit zou het gevolg kunnen zijn van een – sterrenkundig gezien recente – ontmoeting met een ander stelsel, waarbij een extra hoeveelheid interstellair gas werd ‘opgeveegd’.

Zulke interacties tussen sterrenstelsels zouden zich ook op andere golflengten moeten verraden. De Leidse radioastronoom George Miley heeft onlangs tientallen van deze stelsels bestudeerd op een golflengte van zes centimeter met de Very Large Array (VLA) in New Mexico. De VLA is een telescopenpark van 27 grote radioschotels, die onderling gekoppeld worden om heel scherpe afbeeldingen te verkrijgen. Ongeveer de helft van de uitzonderlijke IRAS-stelsels blijken ook relatief sterke bronnen van radiostraling te zijn. Miley wil de stelsels nu ook nog een keer op een langere radiogolflengte waarnemen, want dan kan geconcludeerd worden of het wel of niet om thermische radiostraling gaat.

Bij thermische straling wordt de intensiteit op een bepaalde golflengte bepaald door de temperatuur, net zoals dat bij infraroodstraling het geval is. Niet-thermische straling is onafhankelijk van de temperatuur, maar wordt bijvoorbeeld uitgezonden door snelle elektronen die in sterke magnetische velden bewegen. ‘Je verwacht dat beide soorten straling naast elkaar voorkomen,’ zegt Miley, ‘want waar veel nieuwe sterren ontstaan vinden ook veel supernova-uitbarstingen plaats, die niet-thermische radiostraling produceren.’ Overigens lijkt er een verband te bestaan tussen onderlinge wisselwerkingen van sterrenstelsels en de productie van niet-thermische radiostraling.

Tijdens zijn tien maanden durende missie heeft IRAS ook een aantal infraroodbronnen waargenomen die niet met een bekend object konden worden geïdentificeerd. Niemand wist of het kleine koele objecten in de omgeving van de zon zouden zijn of uitzonderlijke sterrenstelsels op enorm grote afstanden. Op bestaande fotografische platen, opgenomen met de grootste telescopen ter wereld, was in elk geval niets te zien op de positie van de infraroodbronnen. Inmiddels zijn deze mysterieuze bronnen ontmaskerd.

Met zeer gevoelige elektronische detectoren, gekoppeld aan de 5-meter-spiegeltelescoop op Palomar Mountain in Californië, zijn op de betreffende posities zeer zwakke, ver verwijderde sterrenstelsels ontdekt. Het zijn stelsels die veel en veel meer infraroodstraling uitzenden dan zichtbaar licht. Een aantal van de pas ontdekte sterrenstelsels is ook al op radiogolflengten waargenomen door George Miley met de Very Large Array.

Een heel aparte groep objecten die Miley wil gaan bestuderen zijn de quasars. Quasars zien er op het eerste gezicht uit als sterren, maar ze blijken op ongelooflijk grote afstanden te staan, waaruit volgt dat ze zeer veel energie produceren. Het stralingsmechanisme is nog lang niet begrepen, maar waarschijnlijk zijn quasars de uiterst actieve kernen van jonge sterrenstelsels. Er zijn enkele tientallen bekende quasars door IRAS waargenomen, maar Miley verwacht dat er nog veel meer in het gegevensbestand verborgen zitten. ‘De infraroodwaarnemingen kunnen ons een betere kijk op quasars verschaffen,’ legt hij uit ‘Het radiospectrum van quasars is veel minder steil dan het optische, en de juiste ligging van de overgang, ergens in het infrarood, geeft belangrijke informatie over het stralingsmechanisme.’ (Met een steil spectrum wordt bedoeld dat kleine golflengteverschillen al voor grote intensiteitsverschillen zorgen.)

Quasars behoren tot de verst verwijderde objecten die we kennen. IRAS heeft ons dus echt het gehele universum in een nieuw licht doen zien: van dode kometen die rakelings langs de aarde scheren tot onbegrepen quasars aan de rand van het waarneembare heelal. Als de onderzoekers hun boterhammen op hebben, is het IRAS-brood nog groot genoeg voor nog een aantal flinke maaltijden, en in de komende jaren zullen nieuwe resultaten ongetwijfeld binnen blijven druppelen. Zoals gewoonlijk bij het ontsluiten van een nieuw golflengtegebied wacht inmiddels iedereen al met spanning op de opvolger van IRAS, het Europese Infrared Space Observatory (ISO). Vorig jaar is een definitieve goedkeuring aan het project gegeven. Gebaseerd op IRAS-technologie zal deze vliegende sterrenwacht én gevoeliger zijn én scherper kunnen kijken dan zijn voorganger. ISO, een volledig Europees project, moet in de jaren negentig gelanceerd worden, en zal ertoe bijdragen dat infraroodsterrenkunde een volwaardige tak van de astronomie gaat worden.

IRAS was de eerste echte infraroodkunstmaan in de geschiedenis. Hij baande de weg voor latere infraroodmissies, zoals NASA’s Spitzer Space Telescope (gelanceerd in 2003), het Europese Herschel Space Observatory (2009) en de James Webb Space Telescope (2021). Nederland speelt nog steeds een belangrijke rol in de ontwikkeling van gevoelige meetinstrumenten – niet alleen voor infraroodsterrenkunde, maar onder andere ook op het gebied van de röntgenastronomie.

1985

Ruimtesonde Giotto op pad naar beroemde komeet Halley

Ruimtevaart is niet zo eenvoudig als weleens wordt gedacht. In een sciencefictionfilm wil een ruimteschip nog weleens plotseling van richting veranderen of doelgericht koers zetten naar een verre planeet, maar de werkelijkheid is minder simpel.

Elk ruimtevaartuig krijgt bij zijn lancering vanaf de aarde de baansnelheid van de aarde mee. Niet alleen de planeet van herkomst beweegt echter, ook het reisdoel van de ruimtevlucht volgt een baan door de ruimte. Daar komt dan nog bij dat het ruimtescheepje onderweg doorlopend onder invloed is van de zon en de planeten. Ruimtevaart is zoiets als kleiduiven schieten bij windkracht 12.

Wanneer je als reisdoel dan ook nog een komeet uitkiest die in een ongebruikelijk langgerekte baan om de zon beweegt en dwars tegen de omlooprichting van alle planeten in gaat, dan is dat een gedurfde onderneming. De Europese Giotto-sonde, die dinsdag 2 juli 1985 wordt gelanceerd, zal zo’n gewaagde vlucht maken naar de beroemdste komeet aller tijden, komeet Halley. Het ruimtescheepje moet half maart 1986 bij het hemellichaam aankomen. De Giotto-missie is de eerste interplanetaire ruimtevlucht van de European Space Agency (ESA).

Een ruimtevaartuig tussen de planeten brengen is nog even wat anders dan een satelliet in een baan om de aarde lanceren. Om in een baan om de aarde terecht te komen moet een kunstmaan een snelheid hebben van ongeveer acht kilometer per seconde, anders valt hij onherroepelijk terug op onze aardbol. Maar om helemaal vrij te komen van de zwaartekracht moet de snelheid maar liefst 11,2 kilometer per seconde zijn: de zogeheten ontsnappingssnelheid. Voor een interplanetaire ruimtevlucht is dus een krachtiger raketmotor nodig.

Giotto wordt gelanceerd met de Europese draagraket Ariane, maar een extra vaste brandstofmotor aan boord van de ruimtesonde moet voor de benodigde extra snelheid zorgen. En omdat het ruimtevaartuig zich veel verder van de aarde verwijdert dan een ‘gewone’ kunstmaan, namelijk bijna 150 miljoen kilometer, worden er ook veel hogere eisen gesteld aan de kwaliteit van de radioverbindingen.

Komeet Halley komt bij de komende verschijning tweemaal in de buurt van de aarde. ‘In de buurt’ naar kosmische begrippen dan, want echt klein wordt de afstand niet. Op 27 november 1985 is de komeet 93 miljoen kilometer van de aarde verwijderd, op 10 april 1986 ‘slechts’ 62 miljoen kilometer. Dat is altijd nog bijna tweehonderd keer zo ver weg als de maan.

Je zou denken dat een van die twee data het geschiktst is voor een bezoek aan de komeet, maar de zaken liggen iets ingewikkelder. Komeet Halley beschrijft namelijk een baan die niet alleen zeer langgerekt is, maar die ook nog eens vrij sterk geheld is ten opzichte van de baan van de aarde en de andere planeten. Aangezien een ruimtesonde altijd de baansnelheid van de aarde meekrijgt, beweegt hij in principe ook in hetzelfde baanvlak als de aarde. De snelheid van de aarde om de zon is bijna dertig kilometer per seconde. Om een ruimtevaartuig in een gehelde baan te brengen is een grote zijwaarts gerichte extra snelheid nodig. Zo’n manoeuvre zou veel te veel brandstof kosten.

Vandaar dat als ontmoetingsdatum 13 maart 1986 is uitgekozen: de dag waarop komeet Halley het baanvlak van de aarde doorkruist. Met die keuze ligt niet alleen de datum van de ontmoeting vast, maar ook de plaats in het zonnestelsel waar het rendez-vous moet plaatsvinden. Ruimtevaarttechnici rekenden vervolgens terug om de geschiktste lanceerdatum te vinden. Die bleek in het geval van Giotto op 2 juli 1985 te liggen. (Er is een ‘lanceervenster’ van circa vier weken.)

De missie naar de komeet is een regelrechte uitdaging voor de Europese ruimtevaart. Niet alleen vanwege het interplanetaire karakter en het strak vastliggende tijdschema, maar vooral vanwege de aard van het reisdoel. Nooit eerder is er een ruimtevlucht naar een komeet uitgevoerd.

Komeet Halley is bovendien ook nog een geval apart: hij beweegt tegen de normale omlooprichting van de planeten in, zodat de ruimtesonde en de komeet met een enorme snelheid vrijwel recht op elkaar af zullen vliegen. De ontmoetingssnelheid zal op 13 maart 1986 maar liefst 68 kilometer per seconde bedragen. Dat betekent dat er maar enkele uren gelegenheid is om de komeet te onderzoeken.

De vlucht van Giotto naar komeet Halley zal overigens een soort kamikaze-actie worden. Het is zo goed als zeker dat de kostbare ruimtesonde de ontmoeting niet zal overleven. Het is de bedoeling dat hij de kern van de komeet op niet meer dan vijfhonderd kilometer afstand passeert. De komeet wordt echter tot op veel grotere afstanden omgeven door de zogeheten coma, die bestaat uit gas- en stofdeeltjes die van het oppervlak zijn losgeraakt door de inwerking van de zonnewarmte. En wanneer je met 68 kilometer per seconde een wolk stof- en gruisdeeltjes binnenvliegt, wil dat best hard aankomen.

Om zo lang mogelijk waarnemingen te kunnen blijven doen is Giotto voorzien van een dubbel stofschild, dat in het begin de meeste inslagen van stofdeeltjes moet tegenhouden. De meetgegevens worden in real time naar de aarde doorgeseind, zodat er geen informatie verloren kan gaan. Maar uiteindelijk verwacht men toch dat een aantal instrumenten het zal begeven. Er is zelfs een kleine kans dat de ruimtesonde wordt getroffen door een groter komeetbrokstukje, waardoor hij helemaal uit het lood wordt geslagen. In dat geval zal het radiocontact met de aarde voorgoed verloren gaan. Het is dus een spannend project: alle jaren en miljoenen guldens aan voorbereidingen moeten in enkele uren worden waargemaakt. Maar niemand weet met zekerheid te voorspellen hoe succesvol de missie zal verlopen.

Het is ook onduidelijk hoe dicht men bij de beoogde passeerafstand van vijfhonderd kilometer kan komen. Het valt niet mee om zo ‘scherp te schieten’ op een onzichtbaar object. De coma van komeet Halley is natuurlijk duidelijk vanaf de aarde te zien, maar de eigenlijke kern, die niet groter is dan een paar kilometer, kan onmogelijk rechtstreeks worden waargenomen.

De positie van de kern is momenteel tot op circa 30.000 kilometer nauwkeurig bekend. Giotto is dan ook voor een deel afhankelijk van de meetresultaten van zijn twee Russische soortgenoten. De ruimtesondes VEGA-1 en VEGA-2, die vorige maand de planeet Venus van nabij onderzochten, zijn momenteel ook onderweg naar een ontmoeting met komeet Halley en zullen daar enkele dagen eerder aankomen dan Giotto. Ze blijven op veel grotere afstand, maar zullen wel vrij nauwkeurig de positie van de komeetkern kunnen bepalen. Die meetgegevens worden doorgeseind naar het Giotto-grondstation, zodat op het laatste nippertje nog eventuele baancorrecties kunnen worden uitgevoerd.

Behalve een groot aantal spectrometers om de samenstelling van het komeetgas te bestuderen en detectoren voor gasen stofdeeltjes bevat de Giotto-sonde ook een kleurencamera, waarmee de Europese onderzoekers beelden van de komeetkern hopen te kunnen maken. Niemand weet echter zeker of de coma van de komeet niet zo dicht is dat hij het uitzicht op de kern geheel zal belemmeren. De dichtheid en de samenstelling van de coma moeten juist door Giotto worden onderzocht.

Maar wanneer fotograferen mogelijk zal blijken, zullen we voor het eerst gedetailleerde beelden van het oppervlak van een komeet krijgen. Op vijfhonderd kilometer afstand kunnen details van tien meter groot worden gefotografeerd. Het is dan ook heel toepasselijk dat men de ruimtesonde heeft genoemd naar Giotto di Bondone, de Florentijnse schilder die in de veertiende eeuw de eerste ‘gedetailleerde’ afbeelding maakte van komeet Halley in zijn fresco De aanbidding der wijzen, waarin de komeet de rol van Kerstster speelde.

In de nacht van 13 op 14 maart 1986 maakte Giotto de eerste close-upfoto’s van een komeetkern. Na het kortstondige bezoek aan komeet Halley vloog de ruimtesonde in 1992 ook nog langs komeet Grigg-Skjellerup. De Europese ESA bleef ook daarna een belangrijke rol spelen in het onderzoek van kometen, met name door de spectaculaire Rosetta-missie (zie blz. 183), die in 2014 in een baan rond de kern van komeet 67P/Churyumov-Gerasimenko werd gebracht.

1986

Voyager-vlucht langs Uranus levert louter verrassingen op

De perskamer van het Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena, Californië, is tot de laatste vierkante meter bezet. De tafels staan vol met telefoons, typemachines en opnameapparatuur. Door de hele ruimte heen hangen televisiemonitoren waarop de laatste beelden van Uranus te zien zijn, verkregen door NASA’S ruimtesonde Voyager 2.

Uit de hele wereld zijn journalisten aanwezig om via krant, radio of televisie de nieuw verkregen informatie over de verre planeet en zijn manen en ringen te verspreiden. Een week lang worden ze dagelijks door de wetenschappelijke teamleiders van het Voyagerproject voorgelicht over de meest recente resultaten. Veel van de wetenschapscorrespondenten zijn inmiddels kind aan huis in het JPL. Ze versloegen ook de vorige Voyagerpassages langs Jupiter en Saturnus. En vrijwel iedereen kijkt met opwinding uit naar de dag van de dichtste nadering tot Uranus: 24 januari 1986.

Het Voyagerproject is een toonbeeld van goede wetenschapsvoorlichting. Behalve de dagelijkse persconferenties worden er in de middaguren informele bijeenkomsten gehouden waar een bepaald thema besproken wordt en waar wetenschapsmensen en pers op gelijkwaardig niveau met elkaar in discussie treden over de betekenis van de kersverse ontdekkingen.

’s Morgens vroeg laten de monitoren een zojuist ontvangen opname van Uranus zien: een egale, structuurloze bol die ongeveer een kwart van het beeldveld in beslag neemt. Wolken zijn er niet op te zien, maar dat komt voornamelijk doordat deze beelden nog niet door de computer bewerkt zijn. Op de persconferentie van die ochtend, donderdag de 23e, wordt de ontdekking bekendgemaakt van twee wolkenstructuren op het zuidelijk halfrond van Uranus. Bradford Smith, de leider van het imaging team, toont contrastverhoogde opnamen van wolken en tevens een filmpje waar verschillende foto’s achter elkaar zijn gemonteerd. Duidelijk is te zien dat de wolken verschillende snelheden hebben.

‘Exacte windsnelheden zijn nog niet te geven,’ vertelt’ Smith, ‘omdat de rotatieperiode van de planeet zelf nog niet is vastgesteld. Maar de onderlinge snelheid van de wolken bedraagt circa honderd meter per seconde. En het is nu duidelijk dat er inderdaad een sterke oost-westcirculatie op Uranus bestaat.’

Voordat Voyager 2 Uranus zo dicht genaderd was, had men geen zekerheid over de winden op de planeet. De planeet heeft een gekantelde stand en wijst met de zuidpool naar de zon. Er werd dus een groot temperatuurverschil verwacht tussen het noordelijk en het zuidelijk halfrond. Maar de rotatie van de planeet blijkt toch de overheersende factor te zijn voor wat betreft het stromingspatroon in de dampkring. Terug in de perskamer, ongeveer twee uur later, is het beeld van Uranus op de monitoren duidelijk in grootte toegenomen. Het is echt net alsof je zelf aan boord zit en door een venster naar buiten kijkt. De bemanning van Voyager 2 bestaat als het ware uit de honderden onderzoekers en journalisten die het gebeuren op aarde volgen.

Tijdens de dichtste nadering van Voyager 2, op vrijdag 24 januari om even voor zeven uur ’s avonds Nederlandse tijd, blijkt dat de planeet zelf niet de meest spectaculaire beelden oplevert. De paar wolken die zichtbaar zijn bevinden zich diep in de dampkring van Uranus en vertonen weinig contrast. Maar de foto’s van de vijf grote manen van Uranus zijn des te indrukwekkender. De grootste van de vijf, Oberon en Titania, hebben een middellijn van ruim 1600 kilometer; de kleinste, Miranda, is niet groter dan vijfhonderd kilometer. Van dergelijke kleine objecten (de maan van de aarde is bijna 3500 kilometer in middellijn) verwachtte men dat het oude, weinig actieve werelden zouden zijn met waarschijnlijk een sterk bekraterd oppervlak. Maar de Voyager-opnamen laten zien dat er in elk geval in het verleden zeer veel inwendige activiteit op deze manen voorkwam.

Oberon vertoont grote kraters die een zeer donkere bodem hebben. Waarschijnlijk een lava-achtige substantie die na het ontstaan van de krater de bodem heeft opgevuld. Titania heeft een helder litteken van honderden kilometers lengte dat vermoedelijk een breuksysteem in het oppervlak is waar schoon ijs tevoorschijn is gekomen. Ook zijn er aanwijzingen voor een groot inslagbekken en komen er canyonachtige structuren voor.

Umbriël werd door de Voyager niet erg dicht genaderd, maar het is duidelijk dat deze maan een verhaal apart is: het oppervlak is extreem donker en er komen vrijwel geen details voor. Of het donkere oppervlaktemateriaal uit het inwendige komt of van buitenaf valt nog niet te zeggen. Op Ariël zijn kolossale slenksystemen te zien die elkaar op sommige plaatsen kruisen. De bodems van de slenken lijken gevuld te zijn met lava. Opnieuw een aanwijzing voor inwendige activiteit. Maar wat alle verwachtingen overtreft, is de kleine binnenste maan Miranda. Voyager 2 passeerde deze maan op 29.000 kilometer afstand, en door toepassing van een speciale opnametechniek werden details van slechts zeshonderd meter groot vastgelegd. In feite zijn de foto’s van Miranda de gedetailleerdste opnamen die de Voyager ooit heeft gemaakt.

Larry Soderblom, een geoloog van de U.S. Geological Survey, weet de dag na de ontvangst nog weinig raad met de fantastische beelden van Miranda. ‘Het lijkt alsof alle terreintypen die in het zonnestelstel voorkomen op deze ene maan bijeen zijn gebracht,’ vertelt hij. ‘Oude kratervelden worden afgewisseld door gebieden met regelmatige groefstructuren en terreinen met chaotische breuksystemen. Wat er vroeger ook op Miranda gebeurd is, het resultaat is een van de boeiendste objecten in het zonnestelsel.’

Na Soderbloms toelichting wordt er spontaan geapplaudisseerd, niet zozeer vanwege zijn verhaal, maar meer om het geweldige succes dat Voyager 2 hiermee behaald heeft. En sommige onderzoekers prijzen zichzelf gelukkig geen geoloog te zijn. Het lijkt erop dat de manen van Uranus meer inwendige activiteit hebben gekend naarmate zij dichter bij de planeet staan. Hoe dat verklaard moet worden, en of dat iets te maken kan hebben met de gekantelde stand van Uranus, is nog geheel onduidelijk.

Behalve ongelooflijke details op de vijf bekende manen van Uranus heeft Voyager 2 in totaal ook tien nieuwe manen bij de planeet ontdekt. Alle tien bevinden ze zich dichter bij Uranus dan de binnenste ‘grote’ maan Miranda, en ze zijn geen van alle groter dan een kilometer of twintig. Twee van de maantjes zijn zogeheten herdermanen. De een draait buiten de buitenste ring van de planeet, de andere erbinnen. Samen zorgen ze ervoor dat deze ring, de Epsilonring, zijn geringe breedte houdt. Eigenlijk verwacht men dat ook de andere ringen van Uranus door steeds twee van die maantjes ‘in bedwang’ worden gehouden.

Richard Terrile en Joe Burns, twee autoriteiten op het gebied van planeetringen, verwachten dan ook nog nieuwe ontdekkingen wanneer de detailfoto’s nauwkeurig bestudeerd zijn. ‘De structuur van het ringenstelsel zou misschien ook te verklaren zijn door resonantie met meer naar buiten gelegen maantjes,’ zegt Burns. ‘Maar dan is het moeilijk te verklaren hoe de ringen zo smal blijven.’ Sommige zijn hooguit enkele kilometers breed en mede vanwege het feit dat ze bijzonder donker zijn kunnen ze slechts met moeite worden waargenomen. Terrile verwacht dat de herdermaantjes van de Epsilonring kleine knikken en andere vormveranderingen in de ring teweegbrengen. ‘Onze berekeningen wijzen er echter op dat die afwijkingen niet veel groter zijn dan enkele honderden meters,’ licht hij toe, ‘en ze zijn dus veel minder opvallend dan de bochten en knikken in de smalle F-ring van Saturnus.’

Voyager 2 heeft een nieuwe ring ontdekt die de planeet vermoedelijk niet geheel omgeeft, maar slechts aan één kant. Dat zou een unieke situatie zijn in het zonnestelsel, die nieuw licht kan werpen op de wisselwerking tussen ringdeeltjes en kleine planeetmaantjes. Overigens komt er in de ringen van Uranus bijzonder weinig fijn materiaal voor. Uit de radiogolven van Voyager 2 die door het ringenstelsel gingen, kon een ruw beeld worden verkregen van de grootte van de ringdeeltjes. Volgens Joe Burns wijst een eerste analyse erop dat de meeste deeltjes in de ringen van Uranus groter zijn dan vijf centimeter. Het ringenstelsel van deze planeet lijkt in geen enkel opzicht op de majestueuze ringen van Saturnus of op de diffuse ijle stofring van Jupiter.

Het ontbreken van fijn stof in het ringenstelsel kan wellicht worden verklaard door de invloed van het magnetisch veld van Uranus. De fijne stofdeeltjes worden gemakkelijk elektrisch geladen en hun bewegingen worden dan verstoord door het magnetisme van de planeet.