Dat klinkt haast te mooi om waar te zijn. Toch is het wel de waarheid, alleen niet de hele waarheid. Een kleine domper is dat de werklocatie zich op de hoogste bergtop van Hawaii bevint: De Keck Observatory, op ruim vier kilometer boven zeeniveau. Die nachten zijn er dus helaas niet tropisch warm maar juist bijtend koud en je hebt een halve pooluitrusting nodig om er een uurtje buiten te kunnen vertonen. Daarnaast moet je voortdurend alert blijven: uit de sterrenwacht achter je rug schijnt een krachtige laserstraal omhoog. Jouw werk is om te voorkomen dat vliegtuigen door die straal vliegen, wat de piloten zou kunnen veblinden. Met een eenvoudige schakelaar kan je in dat geval de laserstraal direct het zwijgen opleggen.
 |
| Een sterke laserstraal uit één van de koepels van de Keck sterrenwacht |
Het is een nogal saai werkje: gemiddeld komt het eens in de zeven jaar voor dat de laser uitgeschakeld wordt en zelfs dan blijkt het meestal achteraf niet nodig te zijn geweest. Inmiddels zou een computersysteem met radar en camera's dezelfde taak net zo goed (of zelfs beter) kunnen, maar de Amerikaanse luchtvaart autoriteiten schrijven voor dat deze taak door een levende persoon moet gebeuren. Wie weet gaat dat ooit nog veranderen, dus mocht je toch nog interesse hebben in dit baantje (helaas ook al niet zwaar betaalt, schijnt het) dan moet je snel zijn.
Maar de meest interessante vraag is natuurlijk: wat doet een laser op een sterrenwacht? Traditioneel wordt een sterrenwacht immers zo donker mogelijk gehouden. En telescopen zijn gebouwd om licht te verzamelen en niet op het uit te zenden, want dan was het immers wel een schijwerper genoemd.
 |
| De eerste telescoop van Galileo Galilei had nog maar een klein lensje. |
 |
| Aanhet einde van de 18e eeuw waren telescopen al een heel eind groter geworden. Deze telescoop was gebouwd door Willam Herschel. |
Dat was onze eigen atmosfeer. Als licht van een andere ster naar de aarde reist, komt het in al die lichtjaren nauwelijks een atoom tegen. Maar de laatste kilomteres voor het bij de telescoop komt moet het licht ineens door een dicht gas reizen: de lucht die wij inademen. Diezelfde lucht vervormt het sterlicht als een slecht geslepen lens. En doordat de lucht steeds in beweging is, is die vervorming ook steeds anders. Het gevolg is dat het beeld van de sterrenhemel een beetje staat te dansen, een beetje zoals je van net onder de waterspeigel naar de wereld erboven kijkt. Als je daarvan een foto maakt krijg je bewegingsonscherpte waarbij de fijne details worden versmeerd. Als je de telescoop maar groot genoeg maakt wordt de te halen scherpte dus niet meer bepaald door de telescoop, maar door die onrust in de atmosfeer!
Wat kan je daaraan doen? De menselijke inventiviteit heeft vele antwoorden gevonden: je kan de telescopen zo hoog mogelijk in de bergen zetten, zodat er minder atmosfeer tussen de telescoop en de ster zit. Het beste zijn dan plekken met een rustige atmosfeer zodat de bewegingsonscherpte zo klein mogelijk is. Je kan daar zelfs nog verder in gaan: een telescoop op een enigszins begaanbare berg lukt tot ongeveer 4 a 5 kilometer hoogte. Je kan een telescoop in een vliegtuig monteren, daarmee kan je dan tot wel 10 a 15 kilometer hoog komen. Nog beter is een stratosfeerballon, waarbij zo'n 40 kilometer gehaald kan worden. Je hebt dan de atmosfeer voor zo'n 95% uitgeschakeld. En nog beter is het om de atmosfeer helemaal te verlaten door de hele telescoop met een raket de ruimte in te schieten.
 |
| De Sphynx sterrenwacht op de Jungfraujoch. Voor moederne begrippen staat deze nog lang niet op grote hoogte. |
Toch heeft dat allemaal zijn problemen. Vliegtuig, ballon of raket stellen allemaal beperkingen aan de afmeting of het gewicht van de telescoop. Een vliegtuig kan maar een bepaalde tijd in de lucht blijven en bij een ballon is het altijd weer spannend waar je telescoop landt en of hij heel blijft. En in de ruimte is het ontzettend lastig om nog bij je telescoop te komen om reparaties of verbeteringen door te voeren. Na het uitfaseren van de Space Shuttle kunnen we dit op dit moment zelfs helemaal niet.
 |
| De Hubble ruimtetelescoop, gevangen aan de robotarm van de Space Shuttle voor onderhoud. |
Zo had de beroemde Hubble ruimtetelescoop direct na zijn lancering een groot probleem: de telescoop bleek door een foutje behoorlijk bijziend te zijn. Pas nadat de technici een soort van bril hadden ontworpen en die met de Space Shuttle was afgeleverd kon de Hubble de prachtige plaatjes maken die je regelmatig in deze blog langs ziet komen. Maar inmiddels heeft de Hubble weer concurentie: en wel van telescopen die 'gewoon' op bergtoppen staan.
Dat komt zo: het belangrijkste van een telescoopspiegel is dat deze exact de juiste (holle) vorm heeft. En wel tot een fractie van de dikte van een haar.Dit is natuurlijke wel lastig omdat een telescoop verschillende kant op moet kunnen kijken waardoor de spiegel soms bijna horizontaal ligt (als de telescoop recht omhoog kijkt) en soms op zijn kant staat (als de telescoop laag boven de horizon kijkt). Om te zorgen dat de vorm daarbij niet verandert werden de spiegels altijd flink dik gemaakt zodat de spiegel stijf was en niet kan doorbuigen. Maar een steeds grotere en dikkere spiegel weegt tonnen en is uiteindelijk niet meer te hanteren en bovendien ontzettend duur om te maken. Er is een andere manier: maak een veel dunnere spiegel en zorg dat je deze actief een tikje bij kan buigen zodat hij weer precies de goede vorm krijgt. Dat kan door over de hele achterkant van de spiegel een flink aantal apparaatje aan te brengen die een klein beetje kunnen duwen of trekken aan de spiegel. Door nu naar een ster te kijken en alle apparaatje zo in te stellen dat er zijn klein mogelijk puntje in het beeldvlak onstaat krijg je alsnog een juiste vorm van de spiegel. Deze truc staat bekend als adaptieve optica.
 |
| Het raamwerk van vele 'actuators' waarop de telescoop- spiegel komt te liggen kunnen de spiegel subtiel in de juiste vorm drukken en trekken. |
Maar deze truc kan nog meer: de atmosfeer werkt als een slechte lens. Maar de adaptieve optica kan gewoon de spiegel zo vervormen dat deze meteen als 'bril' werkt voor de vertekening door de atmosfeer. De extra uitdaging is natuurlijk de voortdurende bewging van de atmosfeer waardoor de vertekening elk moment anders is. De spiegel moet dus ook voortdurend worden bijgesteld om op elk moment de juiste 'bril' te blijven voor de atmosfeer van dat moment. Maar de snelle computers van tegenwoordig blijken daartoe in staat. Op die manier is de adaptieve optica in staat om de atmosfeer als het ware uit te schakelen. De scherpste plaatjes komen op dit moment dus niet meer uit de ruimte maar gwoon weer vanaf de grond, omdat de telescopen daar veel groter kunnen zijn.
Maar er was nog één probleem: om je beeld scherp af te stellen moet je natuurlijk iets in beeld hebben waarvan je weet dat het scherp is. Een ster is een miniscuul puntje dus is daar prima voor geschikt. Maar als je een plaatje maakt van bijvoorbeeld een ver sterrenstelsel dan is er niet altijd een handige voldoende heldere ster in beeld. Hoe kan je dan toch een ster in beeld krijgen? Door er zelf één te maken!
En daar komt die laser nu om de hoek kijken: de laserstraal heeft een kleur die afgestemd is op natriumatomen die voorkomen in een laagje op zo'n 90 kilometer hoogte. Dat natrium is afkomstig van micrometeorieten die rond die hoogte al verbrand zijn in de atmosfeer. Die atomen gaan fluoriseren en op hun beurt weer licht uitstralen. Daarbij vormen ze een kunstmatige optische ster, net op het randje van de atmosfeer. De adaptieve optiek gebruikt het licht van die namaakster om de spiegel bij te stellen, zodat het eigenlijke plaatje ook mooi scherp wordt. En nu maar hopen dat er dan niet net een vliegtuig door het beeld komt...
 |
| Beide telescopen van de Keck sterrenwacht kijken gelijktijdig naar hetzelfde punt aan de hemel: het centrum van ons melkwegstelsel |
 |
| Plaatje van het centrum van ons melkwegstelsel (met onzichtbaar zwart gat), zonder en met gebruik van adaptieve optica. |
Geen opmerkingen:
Een reactie posten