Heterodyne techniek bestaat op zichzelf al sinds 1901 en is ontwikkeld voor het verwerken van radiosignalen. Het principe werkt als volgt. Met behulp van een signaalbron (local oscillator) maak je een stabiel signaal dat ongeveer dezelfde frequentie heeft als het te onderzoeken signaal. Je mengt dit kunstmatige signaal met het ontvangen signaal. Het resultaat is dat er twee nieuwe signalen ontstaan: de optelling van beide oorspronkelijke signalen en het verschil. Deze twee nieuwe signalen heten de ‘heterodyne’ signalen. Bij geluid horen we wat het effect is van twee tonen die bijna gelijk van frequentie zijn en in ons oor worden ‘gemixt’: we horen zwevingen waarvan de frequentie veel lager is dan van de oorspronkelijke toon. Het verschilsignaal bevat alle informatie die ook in het 'hemelsignaal' zit, maar is beter te versterken en dus beter te analyseren.
Een van de eerste ruimtemissies waarbij gebruik wordt gemaakt van de heterodyne techniek is de Submillimeter Wave Astronomy Satellite (SWAS). Vanaf de lancering op 5 december 1998 tot aan de uitschakeling op 21 juli 2004 neemt deze satelliet submillimetersignalen waar met een frequentie van rond 500 GHz. Deze signalen zijn vooral afkomstig van water en zuurstofmoleculen in interstellaire wolken. De onder Zweedse leiding gebouwde satelliet ODIN (gelanceerd in februari 2001) heeft een detector aan boord die rond de 119 GHz waarnemingen doet.
Heterodyne techniek wordt ook toegepast aan boord van NASA’s SOFIA observatorium (Statospheric Observatory for Inrared Astronomy). In het project werkt NASA samen met de Duitse ruimtevaartorganisatie DLR. Een Boeing 747SP is voorzien van een luik in de romp en verder geschikt gemaakt voor het huisvesten van een telescoop met een opening van 2,7 meter. Het observatorium vliegt boven de troposfeer en laat dus de onderste 12 kilometer van de atmosfeer onder zich. Vanaf die hoogte kunnen infraroodwaarnemingen worden gedaan en, in beperkte mate, ook waarnemingen in het submillimetergebied. Dit laatste gebeurt met een Duits instrument, GREAT geheten. Het heeft een bereik van 60 tot 200 micron. De eerste waarnemingen zijn in april 2011 verzameld.
De organisatie European Southern Observatory (ESO) richt een observatorium in voor sterrenkundig onderzoek in het golflengtegebied (0,32 – 3,6 mm, 84 tot 950 GHz) van het verre infrarood en submillimetergolven. Het observatorium heet ALMA (Atacama Large (sub)Millimeter Array) en de wetenschappelijke waarnemingen beginnen in de loop van 2011. Net als in de Herschel-satelliet bevinden de heterodyne-ontvangers zich in een soort thermosfles gevuld met vloeibaar helium, gekoeld tot 4 Kelvin. SRON is met de Nederlandse Onderzoeksschool Voor Astronomie (NOVA) betrokken bij het toepassen van de HIFI-technologie in de instrumentatie van ALMA. Uiteindelijk zijn zo’n 1000 detectors nodig voor het observatorium, dat bestaat uit 66 aparte antennes die elektronisch met elkaar worden gecombineerd tot één telescoop.
Stervormingsgebied 30 Doradus in de Grote Magelhaense Wolk
Protoplanetaire schijven rond jonge sterren markeren de plaats waar planeten kunnen ontstaan
Een planetaire nevel heeft niets van doen met planeten maar markeert het eindstadium van lichte sterren als de zon. Na het afstoten van gasschillen verandert de uitgebrande sterkern in een witte dwergster
De Krabnevel is een supernovarest. Minder dan 1000 jaar geleden werd de explosie van de ster gezien door mensen op verschillende plaatsen op aarde
Moleculaire wolken in stervormingsgebied M16 kunnen de kraamkamer zijn van nieuwe sterren
Detail van het Orion stervormingscomplex
Stof en gas rond een zwaar zwart gat in het centrum van een sterrenstelsel
Schema van het HIFI instrument, ontwikkeld en gebouwd onder leiding van SRON en nu actief in ESA's Herschel-satelliet voor onderzoek bij sub-millimetergolflengten
Ruimtelijk ontwerp van het HIFI-instrument voor ESA's Herschel-satelliet
Heterodyne principe waarbij het hemelsignaal wordt gecombineerd met een signaal uit een bron aan boord. Met deze techniek wordt het signaal geschikt gemaakt voor detectie
Heterodyne principe voor het mizen van het hemelsignaal en het signaal van een bron aan boord
Zwevingen op een hoofdsignaal kunnen worden gemeten en vertaald naar het oorspronkelijke signaal
De NASA-missie SWAS verrichte baanbrekend werk om waarnemingen bij sub-millimetergolven mogelijk te maken
Tekening van de Zweedse ODIN-satelliet
ESA's Herschel-satelliet voor sub-millimeteronderzoek
Schema van het HIFI-instrument voor ESA's Herschel-satelliet
Het HIFI-instrument tijdens de bouw- en testfase
Voorbeeld van een spectrum bij sub-millimetergolflengten zoals verkregen met HIFI
In de HIFI spectra zijn de lijnen te zien van tal van moleculen. Uit de lijnen kan niet alleen de verdeling worden bepaald maar ook welke omstandigheden heersen in de interstellaire wolk
HIFI spectra van bronnen die ook in het 'gewone' infrarood zijn te zien