Verblindend sterrenlicht doven

In de kelder van het technische natuurkundegebouw bootsen promovendi van de sectie optica al ruim tien jaar sterrenlicht en telescopen na. “Kijk”, zegt ir. Julien Spronck, terwijl hij een papiertje vlak over een luchtgeveerde tafel met daarop talloze spiegels, lenzen en glasplaten, verschuift, “zo zie je de route die de laserstralen afleggen voordat ze bij de sensoren terechtkomen.”

Dansende rode stippen op het velletje verraden het pad van drie laserstralen. Ze zijn afkomstig uit een enkele laserbron, de ‘ster’. Lenzen hebben de oorspronkelijke laserbundel in drie precies even sterke en synchroon golvende stralen opgesplitst. De sensoren vangen hierdoor exact hetzelfde licht op, en het licht komt bij elke sensor onder exact dezelfde hoek binnen. Door dit laatste lijken de laserstralen van een oneindig grote afstand afkomstig, net als sterrenlicht.

Maar het nabootsen van sterren is niet Sproncks uiteindelijke doel. Met zijn opstelling wil hij een optisch verschijnsel in de vingers krijgen, nulling interferometry, oftewel het uitdoven van het licht door het licht zelf. Wanneer lichtgolven elkaar treffen terwijl ze precies een halve golflengte met elkaar in fase verschillen, heffen ze elkaar op.

Het onderzoek sluit aan op de missie van de European Space Agency (ESA), Darwin. Deze missie . volgens ESA zelf het meest ambitieuze ruimteproject ooit . is gericht op het vinden van kleine aardachtige planeten buiten ons zonnestelsel. In tegenstelling tot grote exoplaneten, die door hun zwaartekracht sterren een beetje doen wiebelen, waardoor ze indirect traceerbaar zijn, laten kleine planeten geen meetbaar spoor na. Met drie of vier in formatie vliegende telescopen wil ESA een supertelescoop maken waarmee ze de planeten gewoon direct kan zien. De combinatie moet een tien- tot honderdmaal krachtiger instrument opleveren dan Nasa’s ruimtetelescoop Hubble.

Het licht van de planeten moet bovendien informatie verschaffen over de eventuele aanwezigheid en samenstelling van een atmosfeer. Als dat licht spectraallijnen van water, zuurstof, methaan en kooldioxide bevat, kan dat duiden op leven.

Maar niet alleen het behalen van voldoende resolutie vormt een uitdaging, ook het overweldigende sterrenlicht. Sterren schijnen ongeveer een miljard maal feller dan de kleine planeten die er relatief dicht omheen draaien. Zie uit al dat licht maar eens de planeet te vinden. Dat is vrijwel onmogelijk. Tenzij je natuurlijk het sterrenlicht dooft.

“Om dit voor elkaar te krijgen moeten de telescopen in de formatie het opgevangen sterrenlicht reflecteren naar een satelliet die tussen hen in zweeft, vertelt Spronck. “De verschillende lichtgolven worden hierbij zodanig uit fase met elkaar gebracht, dat ze elkaar uitdoven als ze bij elkaar komen. Planeetlicht blijft over. Dat komt namelijk onder een iets andere hoek de telescoop in, waardoor het niet volledig uitdooft.”

Dat was grofweg het idee. Maar Spronck heeft een beter idee. Hij denkt dat ESA de polarisatierichting van de lichtstralen moet draaien. Dat kan vrij simpel met een polariserend kristal. De lichtbundels kunnen dan ook zodanig gedraaid of gepolariseerd worden dat ze elkaar opheffen. Binnenkort promoveert hij op de uitwerking van deze uitdooftechniek.

Volgens Sproncks promotor, prof.dr. Joseph Braat, bestaat de volgende uitdaging uit het optimaliseren van het systeem voor ver-infrarood licht, licht met een golflengte van rond de tien micrometer. “Sterren schitteren met deze golflengte ‘slechts’ een miljoen maal feller dan planeten, waardoor de speurtocht naar buitenaards leven nog wat wordt vergemakkelijkt”, aldus de hoogleraar.

Helaas is er voorlopig geen geld voor dit vervolgonderzoek. ESA overweegt de telescopen in 2025 te lanceren in plaats van 2015, waar eerder sprake van was. Door dit uitstel komt het onderzoek ook op een lager pitje te staan.

Ben Braam, bij TNO verantwoordelijk voor het binnenslepen van onderzoeksopdrachten van ESA is vrij optimistisch. “Als ESA echt de telescopen de ruimte in stuurt is de kans erg groot dat de planeten bekeken worden met Delftse technologie. Er zijn maar een paar clubs in de wereld die een bijdrage kunnen leveren aan de vereiste technologie. Wij zijn daar een van.”

In de kelder van het technische natuurkundegebouw bootsen promovendi van de sectie optica al ruim tien jaar sterrenlicht en telescopen na. “Kijk”, zegt ir. Julien Spronck, terwijl hij een papiertje vlak over een luchtgeveerde tafel met daarop talloze spiegels, lenzen en glasplaten, verschuift, “zo zie je de route die de laserstralen afleggen voordat ze bij de sensoren terechtkomen.”

Dansende rode stippen op het velletje verraden het pad van drie laserstralen. Ze zijn afkomstig uit een enkele laserbron, de ‘ster’. Lenzen hebben de oorspronkelijke laserbundel in drie precies even sterke en synchroon golvende stralen opgesplitst. De sensoren vangen hierdoor exact hetzelfde licht op, en het licht komt bij elke sensor onder exact dezelfde hoek binnen. Door dit laatste lijken de laserstralen van een oneindig grote afstand afkomstig, net als sterrenlicht.

Maar het nabootsen van sterren is niet Sproncks uiteindelijke doel. Met zijn opstelling wil hij een optisch verschijnsel in de vingers krijgen, nulling interferometry, oftewel het uitdoven van het licht door het licht zelf. Wanneer lichtgolven elkaar treffen terwijl ze precies een halve golflengte met elkaar in fase verschillen, heffen ze elkaar op.

Het onderzoek sluit aan op de missie van de European Space Agency (ESA), Darwin. Deze missie . volgens ESA zelf het meest ambitieuze ruimteproject ooit . is gericht op het vinden van kleine aardachtige planeten buiten ons zonnestelsel. In tegenstelling tot grote exoplaneten, die door hun zwaartekracht sterren een beetje doen wiebelen, waardoor ze indirect traceerbaar zijn, laten kleine planeten geen meetbaar spoor na. Met drie of vier in formatie vliegende telescopen wil ESA een supertelescoop maken waarmee ze de planeten gewoon direct kan zien. De combinatie moet een tien- tot honderdmaal krachtiger instrument opleveren dan Nasa’s ruimtetelescoop Hubble.

Het licht van de planeten moet bovendien informatie verschaffen over de eventuele aanwezigheid en samenstelling van een atmosfeer. Als dat licht spectraallijnen van water, zuurstof, methaan en kooldioxide bevat, kan dat duiden op leven.

Maar niet alleen het behalen van voldoende resolutie vormt een uitdaging, ook het overweldigende sterrenlicht. Sterren schijnen ongeveer een miljard maal feller dan de kleine planeten die er relatief dicht omheen draaien. Zie uit al dat licht maar eens de planeet te vinden. Dat is vrijwel onmogelijk. Tenzij je natuurlijk het sterrenlicht dooft.

“Om dit voor elkaar te krijgen moeten de telescopen in de formatie het opgevangen sterrenlicht reflecteren naar een satelliet die tussen hen in zweeft, vertelt Spronck. “De verschillende lichtgolven worden hierbij zodanig uit fase met elkaar gebracht, dat ze elkaar uitdoven als ze bij elkaar komen. Planeetlicht blijft over. Dat komt namelijk onder een iets andere hoek de telescoop in, waardoor het niet volledig uitdooft.”

Dat was grofweg het idee. Maar Spronck heeft een beter idee. Hij denkt dat ESA de polarisatierichting van de lichtstralen moet draaien. Dat kan vrij simpel met een polariserend kristal. De lichtbundels kunnen dan ook zodanig gedraaid of gepolariseerd worden dat ze elkaar opheffen. Binnenkort promoveert hij op de uitwerking van deze uitdooftechniek.

Volgens Sproncks promotor, prof.dr. Joseph Braat, bestaat de volgende uitdaging uit het optimaliseren van het systeem voor ver-infrarood licht, licht met een golflengte van rond de tien micrometer. “Sterren schitteren met deze golflengte ‘slechts’ een miljoen maal feller dan planeten, waardoor de speurtocht naar buitenaards leven nog wat wordt vergemakkelijkt”, aldus de hoogleraar.

Helaas is er voorlopig geen geld voor dit vervolgonderzoek. ESA overweegt de telescopen in 2025 te lanceren in plaats van 2015, waar eerder sprake van was. Door dit uitstel komt het onderzoek ook op een lager pitje te staan.

Ben Braam, bij TNO verantwoordelijk voor het binnenslepen van onderzoeksopdrachten van ESA is vrij optimistisch. “Als ESA echt de telescopen de ruimte in stuurt is de kans erg groot dat de planeten bekeken worden met Delftse technologie. Er zijn maar een paar clubs in de wereld die een bijdrage kunnen leveren aan de vereiste technologie. Wij zijn daar een van.”