Extreem grote telescoop voorzien van spectrometer
De European Southern Observatory (ESO) bouwt een nieuwe telescoop in Chili. De ‘Extremely Large Telescope’ (ELT) heeft een primaire spiegeldiameter van maar liefst 39 meter. Employeneur Annemieke Janssen van TMC Physics is nauw betrokken bij het ontwerp van een van de instrumenten voor deze telescoop. Als Systems Engineer werkt ze aan een project bij de NOVA (Nederlandse Onderzoeksschool voor Astronomie) Optical Infrared Group. Deze groep wordt gefaciliteerd door Astron, een radio observatorium in Dwingeloo, waar Annemieke werkzaam is. Als expert op gebied van sterrenkundige instrumentatie is een instrument ‘werkzaam krijgen’ één van haar grootste uitdagingen.
‘Het ontwerpen en bouwen van de telescoop en instrumenten is een heel intensief proces en duurt meer dan 10 jaar’, vertelt Annemieke. ‘Bij de instrumentatie projecten zijn grote, internationale consortia betrokken, waardoor ik regelmatig naar Parijs of München reis. Eén keer per twee jaar is er een conferentie over sterrenkundige instrumentatie. Ik kom dan veel bekende mensen tegen, want het is maar een selecte groep met dezelfde achtergrond.’
De projecten, waaraan de NOVA optisch-infrarood groep werkt, zijn tijdelijk en daarom wordt er maar een beperkt aantal mensen aangenomen. ‘Voor mij is het ideaal om via TMC aan dit project te werken. Doordat er met projectgeld wordt gewerkt en dit een tijdelijke opdracht is, is de kans op een vast contract klein.’
Project in experimentele fase
Een telescoop verzamelt licht en focusseert dat in een brandvlak. Om plaatjes of spectra te maken moet er instrument aan de telescoop worden bevestigd. Vaak is dat een camera of een spectrometer. Annemieke legt uit dat MOSAIC één van de ELT instrumenten zou kunnen worden. MOSAIC is een combinatie van twee (identieke) spectrometers, die in het zichtbaar licht (450-900 nm) werken en twee (identieke) spectrometers, die in het infrarood (900 -1800 nm) werken. ‘Op dit moment zit dit project nog in een experimentele fase, waarin ik werk aan de spectrometer voor het zichtbare licht. Dit jaar wordt besloten of de bouw van het instrument haalbaar is en of het voldoet aan de wensen van de sterrenkundigen. Als het concept wordt goedgekeurd maken we een gedetailleerd ontwerp en gaan we het instrument bouwen.’
Duur van processen
Vaak vraagt men zich af waarom het proces van het bedenken, ontwerpen en bouwen zo lang duurt. Er bestaan namelijk al vele spectrometers in dit golflengtebereik voor andere telescopen, zoals de ‘Very Large Telescope’ (VLT). Het is wellicht mogelijk om een instrument van de VLT op de ELT te plaatsen. Annemieke legt uit, waarom dat niet kan: ‘Het eerste probleem is de grootte van het brandvlak, waar de telescoop en het instrument op elkaar aansluiten. Stel dat je een stuk hemel ter grootte van de maan wilt waarnemen van 0.5° x 0.5° groot. Het brandvlak op de VLT is dan iets meer dan een meter bij een meter groot, terwijl het op de ELT bijna 6 bij 6 meter groot is. Het verschil is een factor 5 in lengte en 25 in oppervlakte. Óf we accepteren dat het stuk zichtbare hemel 25 keer kleiner is geworden óf het instrument moet groter worden. Een instrument kan helaas niet zomaar 5 keer groter worden, omdat de grootte van detectoren en optica, zoals lenzen, spiegels en prisma’s is gelimiteerd.’
Gebruik van glasvezels
In MOSAIC wordt het brandvlak 1.5 meter lang. Er worden geen spectra van het hele vlak gemaakt, maar met glasvezels worden de posities in het brandvlak geselecteerd, waar sterren en sterrenstelsels zitten. De glasvezels ‘transporteren’ het licht van het brandvlak naar de spectrograaf. ‘Dit helpt’, zegt Annemieke, ‘maar alsnog wordt het instrument groot. Niet alleen het brandvlak is 5 keer groter geworden ten opzichte van de VLT, ook de projectie van een puntbron in het brandvlak is meer dan 5 keer groter geworden. Zo wordt een ster afgebeeld op 3 mm bij 3 mm, en dat is te groot om in 1 glasvezel te passen. Daarom zijn er meerdere glasvezels nodig om het licht van 1 ster naar de spectrograaf te transporteren.’
Grote spectrograaf met grote optica
Het bouwen van een grote spectrograaf voorzien van grote optica kan een oplossing zijn. De productie hiervan kost tijd. Annemieke: ‘Alleen al de productie van een lens met een diameter van 40cm kan meer dan een jaar duren. Eerst moet het glas gesmolten worden in een oven en vervolgens duurt het ruim zes weken, voordat het glas is afgekoeld. Het glas moet namelijk heel langzaam afkoelen om homogeen te blijven. Daarna wordt het glas geïnspecteerd, geslepen en kunnen coatings worden aangebracht.’ Toch gaat de meeste tijd zitten in een gedetailleerd ontwerp, voordat de lens kan worden gebouwd. Annemieke gaat verder: ‘Een ontwerp ontstaat na jarenlange interactie tussen ingenieurs, sterrenkundigen en technici, die samen proberen het ideale instrument te maken. Met zo’n instrument, die ook nog maakbaar en betaalbaar is, kan veel interessant onderzoek worden gedaan. Ik hoop ooit eens naar Chili te reizen om de telescoop in het echt te zien.’
