Kijken naar de geboorte van zonnestelsels

Het is zes graden onder nul en er waait een snijdende wind. De bodem is een combinatie van hard zand en aangevroren sneeuw. Ongenadig hard schijnt de zon en iedere beweging kost me moeite; na een eindje lopen snak ik naar adem. Ik ben op 5050 meter hoogte waar we net na een busritje van drie kwartier zijn afgezet. Voor me rijzen er twaalf schotelantennes als reuzen op.

Dit is ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), een radiotelescoop met in totaal 66 schotelantennes verspreid over een kilometers groot plateau in de bergen. Planeetvorming is een onderzoeksveld dat de afgelopen jaren een enorme stimulans kreeg door ALMA. Sinds de ingebruikname van de telescoop in 2012 kijken we rechtstreeks in de kraamkamers van de kosmos. Daar waar gaswolken in de ruimte onder invloed van de zwaartekracht samentrekken om uiteindelijk keurige planetenstelsels te worden, inclusief aardachtige planeten met vulkanische landschappen zoals de plek waar ik nu ben.

Ten opzichte van de waarnemingen vóór ALMA is het alsof we van de eerste telescopen uit de tijd van Galileo Galilei naar ruimtetelescoop Hubble zijn gegaan, aldus een betrokkene. Ik neem een flesje met extra zuurstof mee begeef me op de Chileense hoogvlakte voor een blik op een van de meest geavanceerde observatoria in de wereld.

Doodse uithoek

Waarom staat ALMA uitgerekend in deze even mooie maar doodse uithoek van de wereld? Het antwoord is ‘water’. Water is de vijand van een telescoop als ALMA. De radiostraling waarvoor de ontvangers van de schotels gevoelig zijn (met een golflengte van 0,3 tot 9 millimeter) wordt geabsorbeerd door vocht in de atmosfeer. Hier in de Atacama-woestijn is het niet alleen erg droog maar ook hoog. De helft van de atmosfeer (inclusief het vocht) zit ónder je. Bovendien is de plek goed bereikbaar. Terwijl we wat betreft hoogte bóven de top van de Mont Blanc zitten, zijn we net met een passagiersbus over een verharde weg gearriveerd.

In de verte ontdek ik nog meer schotels, onder andere aan de voet van een lang geleden uitgedoofde vulkaan. De verst verwijderde exemplaren zie ik niet. Tussen de twee uiterste schotels zit naar verluidt zestien kilometer. Ondanks hun eenzame verschijning in het landschap zijn deze schotels innig met elkaar verknoopt. De tot enkele graden boven het absolute nulpunt (zo’n 270 graden onder nul) gekoelde ontvangers in de schotels sturen hun signalen naar een grote computer in het hoofdgebouw beneden, waar de gegevens worden gecombineerd tot een bruikbaar signaal.

Dit is de reden dat ALMA zo krachtig is. De computer vormt de schotels om tot een denkbeeldige schotelantenne van maximaal zestien kilometer in doorsnede, die zeer scherp ziet. De radiotelescoop kan (weliswaar in het radiospectrum) kleinere details aan de hemel waarnemen dan bijvoorbeeld ruimtetelescoop Hubble. De schotels hebben samen bovendien een oppervlak van 6600 vierkante meter, ruwweg een voetbalveld. Dat zorgt voor een hoge gevoeligheid en kan ALMA de relatief zwakke signalen van bijvoorbeeld planetenstelsels in wording oppikken.

Alles zelf regelen

Het is geen sinecure om een radiotelescoop in dit deel van de wereld te bouwen en onderhouden, weet Rieks Jager, astronoom van onder andere de Radboud Universiteit, die drie jaar in Chili woonde en betrokken was bij de bouw en logistiek van ALMA. “Echt prachtig om op zo’n plek te werken, maar je moet werkelijk alles zelf regelen; er was niets. Geen weg, geen energievoorziening”, zegt hij. ALMA en het basiskamp beschikken over een eigen kleine energiecentrale op gas die nu – na wat opstartproblemen – twee tot drie megawatt aan stroom levert.

De bouw van ALMA was logistiek gezien uitdagend. Maar dat geldt ook voor de besturing van het apparaat. Met twee speciale voertuigen worden de 66 schotels voortdurend over de hoogvlakte rondgereden en neergezet op een van de 192 staanplaatsen: een betonnen ondergrond met aansluitingen voor energie en communicatie. “Iedere dag wordt er wel een schotel verplaatst via de wegen die over de hoogvlakte lopen”, zegt Jager. “Daarnaast krijgen de schotels jaarlijks onderhoud waarbij technici elektronica van de ontvangers vervangen.”

Hogerheijde zegt dat het onderzoek met ALMA aan jonge planeetschijven pas net op stoom raakt. “Van ruim twintig schijven hebben we afbeeldingen met redelijk wat detail. Daarin zien we gaten en soms verdichtingen waar mogelijk een planeet ontstaat”, zegt hij. “Van twee- tot driehonderd schijven hebben we vluchtige opnames met weinig details, we moeten die veel langer waarnemen dan de paar minuten waarvan nu vaak sprake is.” ALMA kan maar naar één object tegelijk kijken en het aantal aanvragen van astronomen voor waarnemingen is overweldigend.

Schotels erbij

Het handige van een radiotelescoop is dat hij uit zoveel verschillende onderdelen bestaat. De bouw van de 66 schotels kon vrij eenvoudig worden opgesplitst voor de drie verschillende ‘partners’, de Europese Zuidelijke Sterrenwacht ESO, de Amerikaanse National Science Foundation en een aantal andere, voornamelijk Aziatische, landen. De schotels kwamen daarom uit drie verschillende ‘productielijnen’. “Niet per se de meest efficiënte aanpak, maar dat is een consequentie van zo’n groot project”, zegt Jager. “Politiek is nu eenmaal van invloed. Alle partijen willen in zo’n project een belangrijke rol spelen.”

Maar daardoor kan ALMA ook relatief makkelijk groeien. Er wordt nagedacht over een uitbreiding met enkele schotels op een paar honderd kilometer afstand aan de andere kant van de Chileens-Argentijnse grens. ALMA werkt ook al samen met andere radiotelescopen. Afgelopen jaar speelde het observatorium een hoofdrol in de metingen die het zwarte gat in het hart van sterrenstelsel M87 in kaart brachten. Een nog wilder plan is het netwerk van telescopen uitbreiden tot in de ruimte. “Dat zou helemaal mooi zijn,” zegt Jager, “want daar hebben we helemaal geen last van een atmosfeer en waterdamp. Daar heb je namelijk overal op aarde – zelfs hier bij ALMA – last van.”