ESO’s Extreem Grote Telescoop. ESO/wikipedia, CC BY-SA
Astronomen krijgen de kans om een aantal van de meest fundamentele vragen te stellen die er zijn, variërend van de vraag of we alleen zijn in de kosmos tot wat de aard is van de mysterieuze donkere energie en donkere materie waaruit het grootste deel van het heelal bestaat.
Nu bouwt een grote groep astronomen van over de hele wereld de grootste optische telescoop ooit – de Extremely Large Telescope (ELT) – in Chili. Als de bouw in 2028 is voltooid, kan deze telescoop antwoorden geven die onze kennis van het heelal zullen veranderen.
Met zijn primaire spiegel met een diameter van 39 meter zal de ELT het grootste, meest perfecte reflecterende oppervlak bevatten dat ooit is gemaakt. Zijn lichtverzamelende vermogen zal dat van alle andere grote telescopen samen overtreffen, waardoor hij objecten kan detecteren die miljoenen keren zwakker zijn dan het menselijk oog kan zien.
Er zijn verschillende redenen waarom we zo’n telescoop nodig hebben. Met zijn ongelooflijke gevoeligheid kan hij enkele van de eerste sterrenstelsels in beeld brengen die ooit zijn gevormd, met licht dat 13 miljard jaar heeft gereisd om de telescoop te bereiken. Met waarnemingen van zulke verre objecten kunnen we ons begrip van de kosmologie en de aard van donkere materie en donkere energie verfijnen.
Buitenaards leven
De ELT kan ook antwoord geven op de meest fundamentele vraag: zijn wij alleen in het heelal? De ELT zal naar verwachting de eerste telescoop zijn die aardachtige exoplaneten opspoort – planeten die rond andere sterren draaien maar een vergelijkbare massa, baan en nabijheid van hun gastheer hebben als de aarde.
Deze aardachtige planeten bevinden zich in de zogenaamde Goudlokje-zone en draaien op precies de juiste afstand rond hun ster zodat water niet kookt en ook niet bevriest.
Groottevergelijking tussen de ELT en andere telescoopkoepels.
ESO/wikipeida, CC BY-SA
De camera van de ELT zal een zes keer betere resolutie hebben dan die van de James Webb Space Telescope, waardoor hij de helderste beelden van exoplaneten tot nu toe kan maken. Maar hoe fascinerend deze foto’s ook zullen zijn, ze zullen niet het hele verhaal vertellen.
Om te weten te komen of er waarschijnlijk leven is op een exoplaneet, moeten astronomen de foto’s aanvullen met spectroscopie. Terwijl beelden de vorm, grootte en structuur onthullen, vertellen spectra ons over de snelheid, temperatuur en zelfs de chemie van astronomische objecten.
De ELT zal niet één, maar vier spectrografen bevatten – instrumenten die licht in zijn samenstellende kleuren verdelen, net als het iconische prisma op de albumhoes van Pink Floyds The Dark Side of the Moon.
Deze spectrografen, elk ongeveer zo groot als een minibus en zorgvuldig gecontroleerd op stabiliteit, ondersteunen alle belangrijke wetenschappelijke zaken van de ELT. Bij reusachtige exoplaneten zal het Harmoni-instrument het licht analyseren dat door hun atmosfeer is gereisd, op zoek naar tekenen van water, zuurstof, methaan, kooldioxide en andere gassen die wijzen op het bestaan van leven.
Om veel kleinere aardachtige exoplaneten te detecteren, is het meer gespecialiseerde Andes-instrument nodig. Andes kost ongeveer €35 miljoen (£30 miljoen) en zal in staat zijn om minuscule veranderingen in de golflengte van licht te detecteren.
Astronomen hebben door eerdere satellietmissies al een goed idee waar ze aan de hemel moeten zoeken naar exoplaneten. Er zijn namelijk al duizenden bevestigde of “kandidaat-exoplaneten” ontdekt met behulp van de “transitmethode”. Hierbij kijkt een ruimtetelescoop naar een stukje hemel met duizenden sterren en zoekt naar kleine, periodieke dips in hun intensiteit, veroorzaakt wanneer een planeet voor zijn ster langs gaat.
Maar Andes zal een andere methode gebruiken om op andere aarden te jagen. Als een exoplaneet rond zijn ster draait, trekt zijn zwaartekracht aan de ster, waardoor deze wiebelt. Deze beweging is ongelooflijk klein; de baan van de aarde zorgt ervoor dat de zon slechts 10 centimeter per seconde schommelt – de wandelsnelheid van een schildpad.
Net zoals de toonhoogte van een ambulancesirene toeneemt en afneemt als hij naar ons toe en van ons af beweegt, neemt de golflengte van het licht van een wiebelende ster toe en af als de planeet zijn baan aflegt.
Artist impression van ELT.
ESO/L. Calçada/wikipedia, CC BY-SA
Opmerkelijk genoeg zal Andes in staat zijn om deze minuscule verandering in de kleur van het licht te detecteren. Sterlicht, dat in wezen continu (“wit”) is van ultraviolet tot infrarood, bevat banden waarbij atomen in het buitengebied van de ster specifieke golflengten absorberen wanneer het licht ontsnapt, waardoor het donker lijkt in het spectrum.
Kleine verschuivingen in de posities van deze kenmerken – ongeveer 1/10.000ste van een pixel op de Andes-sensor – kunnen in de loop van maanden en jaren de periodieke wiebelingen onthullen. Dit zou ons uiteindelijk kunnen helpen om een Aarde 2.0 te vinden.
Aan de Heriot-Watt Universiteit zijn we bezig met de ontwikkeling van een lasersysteem dat bekend staat als een frequentiekam, waarmee Andes zo’n exquise precisie kan bereiken. Net als de millimetertikken op een liniaal, zal de laser de Andes-spectrograaf kalibreren door een spectrum van licht te leveren dat is opgebouwd uit duizenden golflengten met regelmatige tussenafstanden.
Deze schaal blijft tientallen jaren constant, waardoor de meetfouten die ontstaan door omgevingsveranderingen in temperatuur en druk worden beperkt.
Met de bouwkosten van de ELT van € 1,45 miljard zullen sommigen de waarde van het project in twijfel trekken. Maar astronomie heeft een betekenis die duizenden jaren omspant en culturen en landsgrenzen overschrijdt. Alleen door ver buiten ons zonnestelsel te kijken, kunnen we een perspectief krijgen dat verder gaat dan het hier en nu.
Derryck Reid ontvangt financiering van de Britse Science and Technology Facilities Council (STFC).
