www.sron.nl/v-grenzen-ruimteonderzoek

Ruimteonderzoek: Is daar eigenlijk een grens aan?   


grenzen0.jpg Wat weten we niet?
Wat weten we wel?
Hoe zouden we erachter kunnen komen?
Links
 

Wat weten we niet?

We weten niet welke grenzen er precies zijn aan het ruimteonderzoek. Met een beetje goede wil kunnen we 'voorspellen' wat er de komende tien tot twintig jaar gaat gebeuren. Niet dat er een gebrek is aan voorstellen om onderzoek te doen aan de aarde, het zonnestelsel of het heelal. De praktische grenzen zijn vooral die van financiering, en deels ook de beschikbaarheid van technologie. Bovendien deint de omvang van het ruimteonderzoek mee op de economische voor- en tegenspoed. En binnen de beschikbare middelen wisselt de toedeling aan 'praktisch gericht' onderzoek, zoals veel onderzoek aan de aarde, en 'fundamenteel' onderzoek, zoals de meeste sterrenkundige projecten.

Stel eens dat geld geen rol speelt. Je kunt dan je fantasie de vrije loop laten en proberen je voor te stellen wat ruimteonderzoekers van de toekomst tot hun beschikking hebben. Ruimtetelescopen van enorme afmetingen, livebeelden van aardachtige planeten bij andere sterren, films waarin we tot in detail zien hoe materie in een zwart gat verdwijnt, en nog veel meer. Kunnen we misschien ooit buitenaards leven ... gewoon zien? En komt er ooit een tijd dat we, dankzij ruimtetechnologie, zelf reizen tussen de sterren en onderzoek ter plaatse kunnen doen, in plaats van op afstand met telescopen? Geldt the sky is the limit

   omhoogomlaag

Wat weten we wel?

Ruimteonderzoekers weten heel goed waar de huidige grenzen liggen. Die worden vooral bepaald door de beperkingen van de ruimtetelescopen zelf. Vrijwel alles wat we weten van hemelobjecten is afgeleid uit de elektromagnetische straling die we  ontvangen. Van radiogolven, via submillimetergolven en infrarood naar zichtbaar licht. En verder via het ultraviolet en röntgenstraling naar gammastraling. Wetenschappers komen ten minste zes beperkingen tegen.

De belangrijkste beperkingen hangen samen met het verzamelen van voldoende fotonen per tijdseenheid. Je hebt steeds grotere (ruimte)telescopen nodig om grenzen te verleggen. In theorie stelt de natuur weinig grenzen aan hoe groot een telescoop kan zijn. Je kunt telescopen samenstellen uit afzonderlijke elementen die je in formatie samen laat vliegen. Daarmee passeer je de grens van het moeten-lanceren-in-een-keer. Maar de technische uitdagingen voor zulke grote ruimtetelescopen zijn enorm.
Lees meer: menselijke beperkingenEr zijn beperkingen aan het kunnen managen van zulke enorme projecten, met talloze deelnemers, zodat ze op tijd klaar zijn en binnen budget blijven. De complexiteit van grote ruimteprojecten heeft tot gevolg dat de ontwikkelteams zich concentreren op het goed uitvoeren van de technologische hoogstandjes. De aandacht voor ‘gewone’ technologie komt dan soms in het gedrang. Zoals bij de Hubble-ruimtetelescoop. De hoofdspiegel wordt perfect … in de verkeerde vorm geslepen en vervolgens wordt dit in alle controles niet opgemerkt. Een dure reparatiemissie is het gevolg.

In de grote deeltjesversneller bij het CERN zijn miljarden uitgegeven om grensverleggend deeltjesonderzoek te doen. Het apparaat gaat daarna in de kortste keren kapot omdat in elektrische verbindingen het verkeerde soort soldeer is gebruikt. In deze gevallen kun je nog een reparatie uitvoeren. Maar ruimtetelescopen die verder weg staan van de aarde, zoals de James Webb Space Telescope (JWST), zijn onbereikbaar voor astronauten om een reparatie uit te voeren. Een kleine fout met verstrekkende gevolgen kan meteen het einde van de missie betekenen. Weliswaar kun je bepaalde vitale systemen dubbel uitvoeren, zoals computergeheugens, of stuurraketjes, maar dat geldt niet voor de hoofdspiegel of de detectoren van een ruimtetelescoop. Het dubbel uitvoeren van onderdelen wordt vaak achterwege gelaten vanwege de extra kosten, waardoor de risico’s op een voortijdig einde van de missie toenemen.
  

   omhoogomlaag

Hoe zouden we erachter kunnen komen?

De toekomst zal leren waar de grenzen liggen voor het ruimteonderzoek. Op korte termijn spelen dus de grenzen van geld, complexiteit en technologie. Projecten komen (letterlijk) later van de grond, of worden anders uitgevoerd dan eerst gedacht. De James Webb Space Telescope (JWST) zou in 2011 worden gelanceerd. Door tegenvallers in de ontwikkeling is de lanceerdatum opgeschoven tot 2018. De aanvankelijke samenwerking van NASA met ESA in het röntgenproject IXO is opgezegd vanwege geldgebrek. ESA overweegt nu om zelfstandig een kleinere missie uit te voeren onder de naam Athena. Om dezelfde reden stapt NASA ook uit het LISA-project, een ruimtetelescoop voor zwaartekrachtsgolven. Ook de GAIA-astrometriemissie van ESA is 'verbouwd'. Het blijkt toch te duur om met de aanvankelijk beoogde nauwkeurigheid de positie van alle (!) sterren van het Melkwegstelsel te meten. De ambitie is verruimd van 10 microboogseconde aan 'scherpte' naar 50 microboogseconde. Nog steeds indrukwekkend maar waarschijnlijk te weinig om bepaalde vragen over de bewegingen in het Melkwegstelsel te beantwoorden.

Toch, ondanks alle beperkingen, is de toekomst erg rijk aan perspectief. Een hele reeks van missies gaat wel door en kan voor baanbrekende ontdekkingen zorgen. Daarnaast is het zo dat niet elke wetenschappelijke doorbraak moet komen uit het opschuiven van de waarnemingsmogelijkheden. Het afspeuren van bekend en inmiddels toegankelijk terrein is minstens even belangrijk. Veel objecten bestuderen die elk bijvoorbeeld in een iets ander stadium van de ontwikkeling zitten, geeft je de mogelijkheid om nog weer een heel andere beperking te slechten: de duur van ons eigen leven. De meeste processen duren real-time veel te lang om ze van begin tot eind te bestuderen. Het ‘totale plaatje’ verkrijg je door vele ‘losse beeldjes’ op de juiste manier achter elkaar te plakken. Zo’n fijnmazige tijdsmachine maken is een van de meest fascinerende uitdagingen van het toekomstige ruimteonderzoek.

Links  

Wat weten we niet?
Meer over de Hubble-ruimtetelescoop : http://hubblesite.org/
Meer over de Herschel-telescoop : http://www.esa.int/SPECIALS/Herschel/index.html
Meer over HIFI : http://www.esa.int/SPECIALS/Herschel/SEMGT00YUFF_0.html
Meer over de JWST : http://www.jwst.nasa.gov/
Meer over het CERN : http://public.web.cern.ch/public/
Meer over de Large Hadron Collider in CERN : http://public.web.cern.ch/public/en/LHC/LHC-en.html

Wat we weten wel?
Meer over lichtkracht: http://nl.wikipedia.org/wiki/Lichtkracht
Meer over astrometrie / positiebepaling: http://en.wikipedia.org/wiki/Astrometry
Meer over spectra: http://en.wikipedia.org/wiki/Spectral_line
Meer over polarisatie: http://en.wikipedia.org/wiki/Polarization_in_astronomy
Meer over stralingsbronnen: http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/science/know_l1/emspectrum.html
Meer over thermische straling : http://en.wikipedia.org/wiki/Thermal_radiation
Meer over thermische en niet-thermische straling: http://www.grandunification.com/hypertext/NonthermalThermalRadiation.html

Hoe zouden we erachter kunnen komen?
Meer over SPICA en SAFARI : http://www.sron.nl/index.php?option=com_content&task=view&id=2578&Itemid=2252
Enkele toekomstige missies : http://www.futuretimeline.net/subject/space.htm
ESA’s toekomstige missies en selectie : http://sci.esa.int/science-e/www/object/index.cfm?fobjectid=48467
ESA’s Cosmic Vision document : http://www.esa.int/esapub/br/br247/br247.pdf

De Hubble Space Telescope
De Hubble Space Telescope zorgt nog steeds voor baanbrekende ontdekkingen
HIFI
Model van HIFI, ontwikkeld en gebouwd onder leiding van SRON voor ESA's Herschel-satelliet. Het project was uiterst complex vanwege de nieuwe technologie en het grote aantal samenwerkingspartners
CERN
CERN, het Europese laboratorium voor onderzoek naar elementaire deeltjes. Onlangs zijn sterke aanwijzingen verkregen voor het bestaan van het Higgs-deeltje dat de standaardtheorie over materie completeert
JWST telescope
Model van de James Webb Space Telescope van NASA. Het project wordt geplaagd door oplopende kosten en vertraging, als gevolg van de enorme complexiteit van de missie
LHC
Large Hadron Collider in het CERN
Opname van de Hubble ruimtetelescoop van een lichtzwakke bruine dwergster. Nog net is een begeleider te zien die zo lichtzwak is dat het vermoedelijk geen ster is.
Opname van de Hubble ruimtetelescoop van een lichtzwakke bruine dwergster. Nog net is een begeleider te zien die zo lichtzwak is dat het vermoedelijk geen ster is.

Hubble ruimtetelescoop opname van de bolvorige sterrenhoop 47 Tucanae. Hoe beter het ruimtelijk scheidend vermogen, hoe beter de sterrenhoop in sterren kan worden opgelost.
Hubble ruimtetelescoop opname van de bolvorige sterrenhoop 47 Tucanae. Hoe beter het ruimtelijk scheidend vermogen, hoe beter de sterrenhoop in sterren kan worden opgelost.

Van verschillende sterren is het spectrum in zichtbaar licht opgenomen. De spectraallijnen verraden de chemische samenstelling van de sterren. Deze ?streepjescode?  is ook afhankelijk van de temperatuur. O-sterren zijn het heetst en M sterren het koelst.
Van verschillende sterren is het spectrum in zichtbaar licht opgenomen. De spectraallijnen verraden de chemische samenstelling van de sterren. Deze 'streepjescode' is ook afhankelijk van de temperatuur. O-sterren zijn het heetst en M sterren het koelst.
Simulatie van de accretieschijf rond een zwart gat. De snelle rotatie kan worden gemeten aan de hand van variaties in röntgenstraling op tijdschalen van milliseconden.
Simulatie van de accretieschijf rond een zwart gat. De snelle rotatie kan worden gemeten aan de hand van variaties in röntgenstraling op tijdschalen van milliseconden.

Met een polarisatiefilter kan de trillingsrichting van de fotonen worden bepaald.
Met een polarisatiefilter kan de trillingsrichting van de fotonen worden bepaald.

Met polarisatiemetingen in radiostraling kan de structuur van het magnetisch veld in het sterrenstelsel M83 worden bepaald.
Met polarisatiemetingen in radiostraling kan de structuur van het magnetisch veld in het sterrenstelsel M83 worden bepaald.

De piek van de elektromagnetische straling van een ster hangt af van de temperatuur.
De piek van de elektromagnetische straling van een ster hangt af van de temperatuur.

ESA?s Cosmic Vision
ESA-studie naar een toekomstige rontgensatelliet
SRON neemt deel aan het SAFARI experiment aan boord van de Japanse SPICA satelliet. Het doel van deze detector is om zeer zwakke infraroodbronnen te detecteren. Dat kunnen voorstadia van sterren en planeten zijn, maar ook de allereerste sterrenstelsels in het heelal.
SRON neemt deel aan het SAFARI experiment aan boord van de Japanse SPICA satelliet. Het doel van deze detector is om zeer zwakke infraroodbronnen te detecteren. Dat kunnen voorstadia van sterren en planeten zijn, maar ook de allereerste sterrenstelsels in het heelal.

IXO
Studie van IXO, een gezamenlijke missie van ESA en NASA voor een rontgensatelliet. Het project is vanwege de hoge kosten gestaakt
SPICA
Tekening van de toekomstige Japanse SPICA-infraroodsatelliet