SOFIA – de vliegende sterrenwacht

SOFIA is een vliegende sterrenwacht
SOFIA vliegt tijdens waarnemingen met een geopende deur voor het hoofdinstrument. Image: © NASA/Jim Ross)

 

Het Stratospheric Observatory For Infrared Astronomy (SOFIA) is een sterrenwacht die niet te vergelijken is met een andere sterrenwacht.

SOFIA kan sterrenstelsels en nevels in verschillende infrarode golflengtes waarnemen. SOFIA heeft dan wel geen grote spiegel zoals sommige sterrenwachten op de grond en anders dan bijvoorbeeld de Spitzer Space Telescope heeft de vliegende sterrenwacht nog steeds een beetje last van de aardse atmosfeer maar SOFIA heeft wel een heel groot golflengtebereik en dat maakt de telescoop uniek. Het feit dat SOFIA zich in een vliegtuig bevindt is ook opmerkelijk want het kan waarnemingen doen boven verschillende landen en op beide halfronden van de Aarde.

Volgens NASA kan men dankzij SOFIA waarnemingen doen die niet vanuit een andere sterrenwacht of telescoop in de ruimte mogelijk zijn.

SOFIA in de lucht

SOFIA is de opvolger van het Kuiper Airborne Observatory (KAO) dat ook was uitgerust met een infrarood telescoop. SOFIA is sinds 2010 in bedrijf en de bedoeling is dat SOFIA nog tot in de jaren ’30 zijn werk blijft doen. De infrarode telescoop van SOFIA is in een Boeing 747 gebouwd die hiervoor speciaal is aangepast. Er worden gemiddeld vier vluchten pr week gemaakt en tijdens een ongeveer 10 uur durende vlucht wordt er op een hoogte van ongeveer 12.000 tot 13.000 kilometer waargenomen. Daarmee wordt ongeveer 99% van de waterdamp die in de atmosfeer zit en die verantwoordelijk is voor de verstoringen op infrarode golflengtes, ontweken. SOFIA vliegt voornamelijk vanuit Californië maar er worden ook vluchten vanuit Nieuw-Zeeland gemaakt als men objecten aan de zuidelijke sterrenhemel wil bekijken. Ook worden er vluchten vanuit Duitsland gemaakt. Het Duitse DLR heeft drie van de acht wetenschappelijke instrumenten ontwikkeld.

Aan het einde van het vliegtuig bevindt zich een grote deur die wordt geopend om de 20 ton zware spiegel naar het heelal te kunnen richten. Deze spiegel kan bewegen om het object in beeld te houden. Ook kan er op die manier gecompenseerd worden voor de vibraties en de andere bewegingen van het vliegtuig.

Om plaats te maken voor een controleruimte zijn alle stoelen uit de cabine gehaald. De controleruimte biedt plek aan wetenschappers, data analisten en mensen die de telescoop bedienen.

Een panoramische blik op het binnenste van SOFIA
Een panoramische blik op het binnenste van SOFIA. Credit: NASA

Waarom is SOFIA zo bijzonder?

Een verplaatsbare sterrenwacht op topniveau is niet bepaald goedkoop. In 2017 kostte de bedrijfsvoering 85,2 miljoen dollar en dat komt in de buurt van de jaarlijkse kosten voor de Hubble Space Telescope, een van de duurste programma’s van de NASA. Het Duitse DLR betaalt overigens 20% van de kosten. De telescoop wordt echter voor heel veel verschillende missies ingezet.

Als een telescoop in de ruimte is gebracht betekent dit meestal wel het einde van de ontwikkeling van het instrument. Maar omdat de telescoop dagelijks weer op Aarde landt kunnen we nieuwe instrumenten worden geplaatst of oude instrumenten worden verbeterd zonder dat er een raket gelanceerd hoeft te worden.

In 2015 werd de German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies (GREAT) geupgrade door het Duitse DLR. Met de nieuwe hardware konden de onderzoekers het molecuul heliumhydride (HeH+)detecteren. Het bestaan van heliumhydride in het heelal was al lang voorspeld door astronomen. Dit soort moleculen hebben vermoedelijk deelgenomen aan de allereerste chemische reacties in het heelal.

In 2018 werd de High-Resolution Airborne Wideband Camera Plus (HAWC+) in gebruik genomen. Hiermee kunnen astronomen magnetische velden bestuderen die een rol spelen bij het ontstaan van sterren.

Paardenkopnevel in zichtbaar en infrarood licht
Zichtbare (linker) en infrarood (rechter) beelden van de Paardenkopnevel. Het stof dat de paardenkop vormt, blokkeert het zichtbare licht, maar straalt helder in het infrarood. Het infraroodbeeld, genomen door het upGREAT-instrument van SOFIA, toont koolmonoxidemoleculen die beschut zijn in de dichte nevel (rode gebied) en koolstofatomen en ionen die zijn aangetast door de straling van nabije sterren (groene gebied).
Credits: links: Dylan O’Donnell; rechts: NASA/SOFIA/J. Bally et. al

Een andere unieke eigenschap van SOFIA is het bereik. Er zijn telescopen die gespecialiseerd zijn in een paar golflengtes van het infrarode licht. Andere telescopen, zoals de nog te lanceren James Webb Space Telescope, zijn erg krachtig maar kunnen slechts een klein gebied waarnemen. SOFIA kan beiden. De instrumenten bestrijken een groot deel van het infrarode spectrum van een paar micrometer tot enkele honderden micrometers. Sterren schijnen helder genoeg om zichtbaar licht uit te zenden maar in het andere deel van het spectrum kan SOFIA zwakkere, koudere objecten zoals sterrenstelsels, gasnevels en stofwolken waarnemen. Dat werkt op dezelfde manier als je met een infrarood kijker ’s nachts mensen en dieren kan onderscheiden. De telescoop heeft een heel groot oplossend vermogen en dat is belangrijk om verschillende soorten moleculen te kunnen onderscheiden.

De wetenschappelijke bijdragen van SOFIA

In de zomer van 2015 werd SOFIA gebruikt om Pluto waar te nemen. Zo bestudeerden astronomen van het MIT gedurende 20 jaar door middel van sterbedekkingen de atmosfeer van Pluto. Als Pluto voorlangs een ster beweegt dan zal het licht van de ster door de atmosfeer van de dwergplaneet bewegen voordat het helemaal uitdooft. Hieruit is informatie te halen over de samenstelling van de atmosfeer.

Helaas gebeuren de meeste bedekkingen boven de oceaan en zelfs als ze dat niet doen dan is het pad van de bedekking vaak heel lastig te voorspellen. Voor SOFIA is dit geen probleem. In 2015 werd de vliegende sterrenwacht ingezet om boven de Stille Oceaan een sterbedekking door Pluto te volgen.

De atmosfeer van Pluto werd op twee golflengtes waargenomen. Op die manier konden de onderzoekers helpen om een al lang slepend debat over de vraag of de wazigheid van de planeet duidde op hitte of op koude, beantwoorden. Twee weken later maakte de New Horizons zijn beroemde scheervlucht langs de dwergplaneet. De New Horizons bevestigde de metingen van SOFIA: de dwergplaneet is nevelachtig.

Meer recent is SOFIA begonnen met twee grote programma’s die beiden vele uren waarneemtijd vereisen. Een van de programma’s  is bedoeld om sterren van verschillende grootte te bestuderen om te bepalen of hun bellen en schokgolven het gemakkelijker of moeilijker maken om zich in de buurt te vormen.

SOFIA is ook ingezet bij het bestuderen van een groot kanaal in het centrum van ons sterrenstelsel. Deze structuur heeft de grootte van vier volle manen. Ondanks de aanwezigheid van alle ingrediënten die nodig zijn voor stervorming is dit in dit gebied niet op gang gekomen. Astronomen hebben SOFIA ingezet om te proberen de oorzaak hiervan te achterhalen.

Zelfs als de nog krachtigere James Webb Space Telescope in gebruik wordt genomen is de SOFIA nog van nut. Sterker nog, SOFIA zal de JWST op veel gebieden kunnen ondersteunen. Als de JWST wil weten waar op te richten dan zal SOFIA het meest nauwkeurige instrument zijn om te richten.

 

Eerste publicatie: 1 december 2019
Bron: NASA, space.com en anderen




%d bloggers liken dit: