Ruim 1300 mensen hebben in 2022 een bezoek gebracht aan de open dagen van SRON Netherlands Institute for Space Research. Nog eens duizenden maakten kennis met ons werk samen met onze partners op de grote open dag bij ESA Estec en de NL Space Campus in Noordwijk.

We turfden in Leiden 539 bezoekers aan SRON tijdens de aftrap van The Space Week 2022 op zondag 25 september. We turfden een week later in Groningen 767 bezoekers aan SRON & Kapteyn Instituut tijdens het Weekend van de Wetenschap 2022, op zondag 2 oktober.

In Noordwijk, eveneens op zondag 2 oktober, maakten nog eens duizenden mensen kennis met ons werk aan Tropomi, inmiddels 5 jaar in bedrijf, en met (een LEGO-versie van) de James Webb Space Telescoop.

Aftermovies

NL Space Campus zorgde voor een mooie aftermovie in Leiden, van de eerste dag van The Space Week, waar die dag ook het Sterrenwacht Festival was, én verduisteringsproject Seeing Stars van Daan Roosengaarde.

De universiteit in Groningen maakte een mooie aftermovie van Zpannend Zernike Zondag.

Dit was er te doen

De open dagen stonden bol van de leuke en leerzame kinder- en volwassenlezingen, proefjes, demonstraties en activiteiten voor zowel jong als oud. Op beide locaties leerden kinderen wat licht is en dat er meer kleuren zijn dan alleen die van de regenboog. Dat we daarvoor speciale camera's maken en naar de ruimte sturen. En je kon leren solderen en jezelf in infrarood licht bekijken.

In Leiden kon je experimenteren met het polariseren van licht, een spectrometer knutselen en lezingen volgen over het extreme weer op sommige exoplaneten, over de methaandetectives, en over hoe we zwaartekrachtsgolven gaan meten in de ruime. En ontdekken hoe sterk een stukje kevlar is en hoe sterk je ruimtecamera's sterk moet maken tegen trillingen.

In Groningen kon je de ruimte-simulator bekijken waarin we de camera's testen voor de Plato-missie, net als de bolometers die volgend jaar naar de rand van de ruimte opstijgen om te kijken hoe sterren worden geboren. Je kon door een zonnetelescoop kijken en stofjes ruiken die je in de ruimte ook kan tegenkomen.

Leiden bezocht en zoek je je eigen ruimtefoto?

Als je zondag 25 september in Leiden een leuke foto maakte voor de greenscreen en je linkje doet het niet? Verander dan in de link de underscore _ in een normaal liggend streepje -. Dan komt het toch goed :-).

Afgelopen week was in het nieuws dat Chinese wetenschappers een nieuw mineraal hebben ontdekt in het maanstof dat de graafrobot Chang’e-5 in 2020 heeft meegenomen. Ze hebben het mineraal Changesite genoemd, naar de satelliet, maar vooral ook naar de Chinese maangodin Chang’e, naar wie de missie was vernoemd. Het maanstof bevatte bovendien sporen van het zeldzame edelgas helium-3. Door: Floris van der Tak. 

Het nieuwe mineraal is nog niet precies gekarakteriseerd, maar volgens het Chinese ruimtevaart-agentschap CNSA bevat het fosfaat en zijn de kristallen langwerpig van vorm. Het mineraal is gevonden in basalt dat Chang’e-5 gedolven heeft op ruim een meter diepte, in een relatief jong gebied waar 1,2 miljard jaar geleden vulkanen actief waren. Het gebied ligt in Oceanus Procellarum, de grootste van de donkere plekken op de maan, die zeeën worden genoemd omdat men vroeger dacht dat ze water bevatten.

Hoe bijzonder is dat nieuwe mineraal?

Op aarde worden elk jaar nieuwe mineralen gevonden, maar op de maan is dit pas de zesde keer. Zowel de Amerikanen als de Russen hebben in de jaren 70 zulke vondsten gedaan, maar dat was aan het oppervlak, en in gebieden zonder sporen van vulkanisme. De Chinese vondst is intussen bevestigd door de internationale commissie die dit soort ontdekkingen bijhoudt. Het is best mogelijk dat Changesite over een paar jaar ook op aarde wordt gevonden. Hoe veel het voorkomt en of er toepassingen van zijn moet nog blijken.

Wat heeft Chang’e-5 nog meer gevonden?

Het Chinese persbericht vermeldde ook dat er helium-3 was gemeten in het maanstof. Op zichzelf is dat geen nieuws: al sinds de Apollo-missies weten we dat er op de maan meer helium voorkomt dan op aarde. Dat geldt helemaal voor helium-3, dat erg zeldzaam en kostbaar is. Dat helium op aarde zeldzaam is blijkt al uit de naam. Helium is eerst op de zon ontdekt en pas later op aarde, en daarom is het vernoemd naar de Griekse zonnegod Helios.

De naam helium is trouwens eigenlijk een vergissing: het achtervoegsel ‘-ium’ wordt gebruikt voor metalen, en toen helium op de zon werd ontdekt dacht men dat het een metaal was. Toen het een paar jaar later op aarde werd gevonden bleek van niet, maar toen was de naam al te veel ingeburgerd om nog te veranderen. De ontdekking van helium (en andere edelgassen) leverde William Ramsay in 1904 de Nobelprijs voor de Scheikunde op.

Het helium op de maan wordt aangevoerd door de zonnewind: de stroom deeltjes die de zon behalve licht ook nog uitzendt. Dichtbij het maanoppervlak verdampt het helium de ruimte in als het overdag warm wordt, maar dieper in de maan kan het zich ophopen. Het zou dus interessant zijn om te weten hoeveel helium-3 de Chinezen hebben opgegraven, maar dat vermeldt het persbericht helaas niet.

Waarom is helium zo duur?

Op aarde wordt de zonnewind tegengehouden door ons magnetisch veld, en ontsnapt helium uit de atmosfeer gemakkelijk de ruimte in, omdat het zo licht is. Daarom komt helium op aarde alleen ondergronds voor: het ontstaat als vervalproduct van radioactief gesteente dat bijvoorbeeld uranium of thorium bevat, en wordt gewonnen samen met aardgas. Maar dat is allemaal ‘normaal’ helium-4 met twee protonen en twee neutronen in de atoomkern. Het lichtere helium-3 dat een neutron mist ontstaat bij het verval van tritium ofwel superzwaar waterstof. Dit komt heel weinig voor en daarom is helium-3 zo zeldzaam en dus heel duur.

Waar is helium goed voor?

Behalve leuk om je stem mee te vervormen is helium natuurlijk nuttig om ballonnen mee op te blazen, en veiliger dan waterstof wat heel brandbaar is. Bovendien wordt helium veel gebruikt als koelmiddel, omdat het het laagste kook- en smeltpunt heeft van alle elementen. Niet in de koelkast thuis, daar is het te duur voor, maar bijvoorbeeld in laboratoria en ziekenhuizen.

Op mijn werk, bij het Nederlandse instituut voor ruimteonderzoek SRON, gebruiken we helium om ultra-gevoelige detectoren te bouwen voor infrarode telescopen (zoals de James Webb-telescoop uit mijn vorige blog). We hebben begin deze eeuw een heuse heliumcrisis gehad, toen vlak voor de lancering van de Herschel-ruimtetelescoop een ongeluk in een heliumfabriek gebeurde. We moesten toen snel op zoek naar een andere heliumleverancier, wat maar net op tijd lukte.

De energiebron van de toekomst?

Ballonnen opblazen en apparaten koelen kan met beide soorten helium, maar het bijzondere van helium-3 is dat het in de toekomst misschien kan worden gebruikt om energie op te wekken via kernfusie. Het voordeel van fusie is dat het geen afval produceert zoals in de kerncentrales van nu, die zware atomen (zoals uranium) splijten.

De meeste ontwerpen voor kernfusie-reactoren gebruiken zwaar of superzwaar waterstof, maar bij die fusie komen neutronen vrij die de wanden van het reactorvat radioactief maken. Bij de fusie van helium-3 komen geen neutronen maar protonen vrij, die van de wand afketsen omdat ze niet door de elektron-schillen van de atomen in de wand heen komen.

De science-fictionfilm Moon (uit 2009, met Sam Rockwell en de stem van Kevin Spacey) speelt op een maanbasis waar helium-3 wordt gedolven en met veel winst op aarde wordt verkocht. Als de huidige stijging van de gasprijs doorzet wordt dit idee misschien binnenkort realiteit.

Stap in de wereld van het ruimteonderzoek!

Stap op 25 september in Leiden en op 2 oktober 2022 in Groningen in de wereld van het ruimteonderzoek met SRON Netherlands Institute for Space Research. Met telescopen in de ruimte onderzoeken we sterren en planeten, zwarte gaten, en de lucht op onze eigen planeet Aarde.

Wat is er op de open dag te doen:

De open dag is leuk voor grote mensen, maar ook voor kinderen. Op de open dag van SRON leer je met leuke proeven en lezingen heel veel over kijkers in de ruimte en hoe ze werken. Er zijn meerdere soorten licht, maar wat kan je daar eigenlijk mee? Kijk bijvoorbeeld hoe (anders) jij er uit ziet in het infrarood en leer ook solderen. Waar en hoe worden nieuwe sterren geboren? Is er (te) leven op andere planeten? Hoe achtervolg je broeikasgassen die door onze lucht bewegen? Of hoe meet je een onzichtbare zwaartekrachtsgolf? Kom het uitvinden in Leiden en/of Groningen.

Wat doet SRON:

We komen steeds meer te weten over het universum en alles wat erin te vinden is, ook de aarde zelf. Dank zij meetapparatuur in de ruimte: knappe kijkers die op een telescoop of satelliet zitten. Bij SRON in Leiden en Groningen maken we die, meestal samen met andere onderzoekers van over de hele wereld. Ook testen we alles heel goed. Met de kijkers die al in de ruimte zijn, doen onze wetenschappers onderzoek. Klik hier en download alvast de leuke strip over ons werk

Data en plaatsen:

SRON-Strip-Thumbnail.jpg

Leiden, Zondag 25 September, The Space Week, European City of Science Leiden2022
Leiden Bioscience Park, 12.00 tot 17.00 uur, SRON-gebouw (met de raket ervoor), Niels Bohrweg 4, Leiden. Parkeren kan voor 2 euro per uur in de pas geopende Ehrenfestgarage aan de Ehrenfestweg. Download hier het programmaboekje van onze open dag in Leiden. In Leiden is onze open dag onderdeel van de Space Week en van European City of Science Leiden2022.

Groningen, Zondag 2 oktober, Weekend van de Wetenschap, Zpannend Zernike
Groningen Zernike Campus, 12.00 tot 17.00 uur, gebouw Kapteynborg, Landleven 12, Groningen.
In Groningen is onze Open Dag onderdeel van wetenschapsfestival Zpannend Zernike op de Zernike campus, tijdens het Weekend van de Wetenschap. Kijk op www.zpannendzernike.nl en klik op 'Ruimteonderzoek'.


Vergeleken met de meeste andere golflengtes heeft de sterrenkunde een blinde vlek op het gebied van ver-infraroodstraling. Een ver-infrarood ruimtetelescoop is pas echt gevoelig met een actief gekoelde spiegel van 4 Kelvin (-269 ℃). Zo’n telescoop bestaat nog niet, en daarom werd er ook weinig geïnvesteerd in de ontwikkeling van bijbehorende detectoren. SRON besloot in 2004 om deze vicieuze cirkel te doorbreken en te investeren in de ontwikkeling van Kinetic Inductance Detectors (KIDs). Nu bereiken SRON-onderzoekers samen met de TU Delft de hoogst mogelijke gevoeligheid, te vergelijken met het voelen van de warmte van een kaars op de Maan vanaf de Aarde. Publicatie op 6 september in Astronomy & Astrophysics

De afgelopen jaren worden we verwend met de prachtigste plaatjes vanuit telescopen die werken met röntgen, infrarood, radio of zichtbare straling. Denk aan de foto van het zwarte gat in M87, de Hubble Extreme Deep Field of de babyfoto van een planetenstelsel. Maar op één golflengtegebied is de sterrenkunde relatief blind: het ver-infrarood, en dan vooral op golflengtes tussen de 300 μm en 10 μm. De aardatmosfeer blokkeert het meeste van die straling voor grondtelescopen, terwijl ruimtetelescopen vaak een dusdanige temperatuur hebben dat ze hun detectoren verblinden met ver-infraroodstraling die ze zelf uitzenden. Met zoveel ruis heeft het geen zin om veel geld te steken in de ontwikkeling van gevoeligere ver-infrarooddetectoren. En door een gebrek aan gevoelige detectoren committeerden overheden ook weer weinig budget aan supergekoelde telescopen die geen ruis veroorzaken. Het verhaal van de kip en het ei.

Doorbraak

Begin deze eeuw besloot SRON om de vicieuze cirkel te gaan doorbreken en te investeren in de ontwikkeling van Kinetic Inductance Detectors (KIDs). Dat werpt nu zijn vruchten af. Samen met de TU Delft hebben SRON-onderzoekers de technologie bijna geperfectioneerd door ze zo gevoelig te maken dat ze de permanente achtergrondstraling van het heelal kunnen zien. ‘Nóg gevoeliger heeft geen zin,’ zegt Jochem Baselmans (SRON/TU Delft). ‘Want dan loop je altijd tegen de ruis van de achtergrondstraling zelf aan. Dus krijgen telescoopbouwers als NASA en ESA nu de beschikking over de gevoeligst mogelijke ver-infrarooddetectoren. Dat zie je al terug in twee voorstellen die er bij NASA liggen voor een supergekoelde telescoop. Die zijn veel duurder dan relatief warme telescopen, maar onze KIDs maken het de moeite waard.’

Terahertz gap

KIDs helpen de sterrenkunde om de terahertz gap te dichten, vernoemd naar de frequentie van ver-infrarood licht. Astronomen zijn nu bijvoorbeeld verstoken van licht dat sterren in het verre, jonge heelal uitzenden, wat een gat veroorzaakt in onze kennis over sterevolutie. De terahertz gap is bovendien een uitgelezen kans voor avontuurlijke sterrenkundigen om een duik te nemen in het onbekende. Baselmans: ‘Je weet niet wat je niet weet. De Hubble Deep Field is gemaakt door de Hubble-telescoop te richten op een pikzwart stukje hemel en maar afwachten wat we zien. Er kwamen duizenden sterrenstelsels tevoorschijn, uit een gebiedje kleiner dan een procent van de volle maan.’

Kaars op de Maan

De gevoeligheid die de onderzoekers hebben bereikt met hun KIDs laat zich goed beschrijven door een kaars op de Maan. Stel je voor dat je op Aarde—of net buiten de dampkring—je hand een paar seconden omhoog houdt om de warmte van die kaars te voelen. Nutteloze exercitie? Een KID lukt dit wel, en is zelfs nog tienmaal gevoeliger. Met een waarneemtijd van een seconde kan een KID zo weinig als 3*10-20 Watt registreren.

Publicatie

J.J.A. Baselmans, F. Facchin, A. Pascual Laguna, J. Bueno, D.J. Thoen, V. Murugesan, N. Llombart, P. de Visser, ‘Ultra-sensitive Super-THz Microwave Kinetic Inductance Detectors for future space telescopes’, Astronomy & Astrophysics

Header image: Andromeda sterrenstelsel in ver-infrarood. Credit ESA/NASA/JPL-Caltech/B. Schulz


Far-infrared detector KID reaches highest possible sensitivity

Compared to most other wavelengths, astronomy has a blind spot in the area of far-infrared radiation. A far-infrared space telescope can only utilize its full sensitivity with an actively cooled mirror below 4 Kelvin (-269 ℃). Such a telescope doesn’t exist yet, which is why there has been little worldwide investment in the development of corresponding detectors. In 2004, SRON decided to break this vicious circle and invest in the development of Kinetic Inductance Detectors (KIDs). Now researchers from SRON and TU Delft have achieved the highest possible sensitivity, comparable to feeling the warmth of a candle on the Moon from Earth. Publication on September 6th in Astronomy & Astrophysics.

In recent years we have been spoiled with the most beautiful pictures from telescopes working with X-rays, infrared, radio and visible light. To name a few: the image of the black hole in M87, the Hubble Extreme Deep Field or the baby picture of a planetary system. But in one wavelength area, astronomy is relatively blind: the far-infrared, especially at wavelengths between 300 μm and 10 μm. The Earth’s atmosphere blocks most of this radiation for ground-based telescopes, while space telescopes often have a temperature such that they blind their detectors with the far-infrared radiation they emit themselves. With so much noise there is little incentive to commit large sums of money to the development of more sensitive far-infrared detectors. And with a lack of sensitive detectors, governments won’t allocate funds to super-cooled noiseless telescopes. The story of the chicken and the egg.

Breakthrough

At the start of this century, SRON decided to break the vicious circle and invest in the development of Kinetic Inductance Detectors (KIDs). That decision is now bearing fruit. Together with the TU Delft, SRON researchers have almost perfected the technology by making them sensitive enough to see the permanent background radiation of the Universe. ‘An even higher sensitivity would have no use,’ says Jochem Baselmans (SRON/TU Delft). ‘Because you will always be limited by the noise of the Universe’s background radiation. So our technology provides telescopes builders such as NASA and ESA with far-infrared detectors as sensitive as possible. We already see two proposals submitted to NASA for a super-cooled telescope. Those are much more expensive than relatively warm telescopes, but our KIDs make it worth it.’

Terahertz gap

KIDs help astronomy to close the terahertz gap, named after the frequency of far-infrared light. Astronomers are now missing out on light produced by stars in the far-away, young Universe, leaving a gap in our knowledge of stellar evolution. Moreover, the terahertz gap is a unique opportunity for adventurous astronomers to dive into the unknown. Baselmans: ‘You don’t know what you don’t know. The Hubble Deep Field was created by pointing the Hubble telescope at a pitch-black piece of the sky with seemingly nothing in it. Afterwards, thousands of galaxies emerged, from an area smaller than one percent of the full moon.’

Candle on the Moon

The sensitivity that the researchers achieved with their KIDs can be best described with a candle on the Moon. Imagine standing on Earth—or floating just above the atmosphere—and holding up your hand to feel the candle’s warmth. Seems like a futile exercise? Not for a KID. It is even ten times more sensitive than that. With an integration time of a second, a KID can detect as little as 3*10-20 Watt.

Publication

J.J.A. Baselmans, F. Facchin, A. Pascual Laguna, J. Bueno, D.J. Thoen, V. Murugesan, N. Llombart, P. de Visser, ‘Ultra-sensitive Super-THz Microwave Kinetic Inductance Detectors for future space telescopes’, Astronomy & Astrophysics

Header image: Andromeda galaxy in far-infrared. Credit ESA/NASA/JPL-Caltech/B. Schulz

De James Webb Space Telescope heeft definitief bewijs gevonden voor de aanwezigheid van kooldioxide (CO2) in de atmosfeer van een reuzenplaneet die rond een zonachtige ster draait op 700 lichtjaar van ons vandaan. Het resultaat verschaft belangrijke inzichten in de samenstelling en vorming van deze gasreus, en is een goede aanwijzing voor het vermogen van Webb om CO2 op te sporen en te meten in de dunnere atmosferen van kleinere rotsachtige planeten rond sterren buiten ons zonnestelsel. Het resultaat van de internationale groep van astronomen, onder wie Yamila Miguel (SRON/Leidse Sterrewacht) en Jean-Michel Désert (UvA), is geaccepteerd voor publicatie in Nature.

Het gaat om de planeet WASP-39 b, een hete gasreus met een massa van ongeveer een kwart van die van Jupiter (ongeveer even groot als Saturnus) en een diameter die 1,3 keer zo groot is als die van Jupiter. Dat hij zo extreem is opgezwollen houdt gedeeltelijk verband met zijn hoge temperatuur (ongeveer 900°C). In tegenstelling tot de koelere, compactere gasreuzen in ons zonnestelsel draait WASP-39 b zeer dicht om zijn ster - slechts ongeveer een achtste van de afstand tussen de zon en Mercurius - en legt hij één omloop af in iets meer dan vier dagen.

Gefilterd sterlicht

WASP-39 b beweegt vanaf de aarde gezien precies voor zijn ster langs. Tijdens zo’n planeetovergang wordt een beetje sterlicht door de planeet tegengehouden en een deel wordt via de atmosfeer van de planeet doorgelaten. De atmosfeer filtert sommige kleuren meer dan andere, afhankelijk van factoren zoals samenstelling, dikte en de aanwezigheid van wolken. Doordat verschillende gassen verschillende combinaties van kleuren absorberen, kunnen onderzoekers kleine verschillen in helderheid van het doorgelaten licht over een spectrum van golflengten analyseren om precies te bepalen waar een atmosfeer van gemaakt is. WASP-39 b een ideaal object voor transmissiespectroscopie omdat de atmosfeer is opgezwollen en de planeet vaak voor zijn ster langs beweegt. Het team gebruikte Webbs nabij-infraroodspectrograaf NIRSpec om de waarnemingen te doen.

Eerste duidelijke detectie van kooldioxide

De onderzoekers zien het eerste, duidelijke, gedetailleerde en onweerlegbare bewijs voor koolstofdioxide bij een planeet buiten het zonnestelsel als een goed voorteken voor de detectie op kleinere, rotsachtige planeten. Natalie Batalha van de Universiteit van Californië in Santa Cruz, VS, die leidinggeeft aan het team onderzoekers dat met Webb deze zogeheten ‘transiting’ exoplaneten bestudeert: “Zelfs zonder de robuuste kooldioxide-eigenschap zou dit spectrum opmerkelijk zijn. Geen enkel observatorium heeft ooit eerder zulke subtiele verschillen in helderheid gemeten van zoveel afzonderlijke kleuren in het 3 tot 5,5 micron-bereik in het transmissiespectrum van een exoplaneet. Toegang tot dit deel van het spectrum is van cruciaal belang voor het meten van concentraties gassen als water, methaan, en kooldioxide, waarvan wordt aangenomen dat ze in veel verschillende soorten exoplaneten voorkomen."

“Inzicht in de samenstelling van de atmosfeer van een planeet is belangrijk omdat het ons iets vertelt over de oorsprong van de planeet en hoe hij is geëvolueerd”, voegt coauteur Yamila Miguel toe, die aan modellen en het interpreteren van de data heeft gewerkt. Jean-Michel Désert: “Door deze kooldioxide-eigenschap te meten, kunnen we bepalen hoeveel vast en hoeveel gasvormig materiaal is gebruikt om deze gasreus te vormen. In het komende decennium zal Webb dit soort metingen doen aan verschillende soorten planeten. Zo krijgen we meer inzicht in het vormingsproces van planeten en de vraag of ons eigen zonnestelsel uniek is."

Early Release Science

De NIRSpec-waarnemingen van WASP-39 b zijn onderdeel van een groter onderzoek waarbinnen verschillende andere methoden en instrumenten zijn gebruikt, ook voor de waarnemingen van twee andere planeten die voor hun ster langs schuiven. Het onderzoek maakt deel uit van het Early Release Science-programma, dat is opgezet om de exoplaneet-onderzoeksgemeenschap zo snel mogelijk van Webb-gegevens te voorzien. “Het doel is om de Early Release Science-waarnemingen onmiddellijk te analyseren en instrumenten te ontwikkelen waarmee iedereen in de toekomst Webb-gegevens kan analyseren", legt coauteur Vivien Parmentier van de Universiteit van Oxford uit. "Dit zorgt ervoor dat de beste wetenschap uit de waarnemingen zal voortkomen."

Afbeelding

Transmissiespectrum van de hete gasreus exoplaneet WASP-39 b, vastgelegd door Webbs Nabij-Infrarood Spectrograaf (NIRSpec) is het eerste definitieve bewijs voor koolstofdioxide in een planeet buiten het zonnestelsel. Het is het eerste gedetailleerde transmissiespectrum dat ooit is vastgelegd en golflengten tussen 3 en 5,5 micron bestrijkt. Een transmissiespectrum wordt gemaakt door sterlicht dat door de atmosfeer van een planeet wordt gefilterd wanneer die voor de ster langs beweegt. Elk van de 95 datapunten in deze grafiek stelt de hoeveelheid van een specifieke golflengte van het licht voor die door de planeet wordt geblokkeerd en door zijn atmosfeer wordt geabsorbeerd. De piek rond 4,3 micron is het licht dat door koolstofdioxide (CO2) wordt geabsorbeerd. De grijze lijnen boven en onder elke gegevenspunt geven de onzekerheid van de metingen weer. De blauwe lijn is het model dat het beste past. Het hier getoonde model gaat ervan uit dat de planeet voornamelijk bestaat uit waterstof en helium met kleine hoeveelheden water en koolstofdioxide, met een dunne sluier van wolken. Credit: NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI), Joseph Olmsted (STScI).



SCROLL TO TOP