Nederlands experiment geeft onderzoeksmissie Jupitermanen nieuwe dimensie
ESA’s nieuwe ruimtesonde JUICE – Jupiter Icy moon Explorer - wordt deze maand getest bij testcentrum ESTEC in Noordwijk. Nederland zorgt voor de stroomvoorziening van JUICE met door Airbus in Leiden gebouwde zonnepanelen. Ook wetenschappelijk is Nederland betrokken bij de missie. Wetenschappers en ingenieurs van de TU Delft zich, samen met hun collega’s van JIVE in Dwingeloo, voor op hun werk aan deze missie. Met radiotelescopen overal op aarde, ook in het Drentse Westerbork, gaan zij de planeetverkenner nauwgezet volgen. Zo maken ze baanbrekend wetenschappelijk onderzoek mogelijk naar de ijsmanen van Jupiter.
ESA's nieuwe ruimtesonde JUICE op weg naar testcentrum ESTEC in Noordwijk. | Bron: AIRBUS
Bert Vermeersen, hoogleraar planetaire exploratie aan de TU Delft, krijgt regelmatig de vraag wat hij gaat onderzoeken en hóe hij dat doet. Hij zou meteen kunnen vertellen over very long baseline interferometry en de correlatoren van JIVE in Dwingeloo. Maar liever begint hij bij het begin: hoe een toevallige ontdekking zijn planeetonderzoek een heel nieuwe dimensie geeft.
Luisteren naar Huygens
Het is juli 2004 als de Amerikaanse planeetverkenner Cassini aankomt bij de planeet Saturnus. Op zijn rug draagt hij de Europese ruimtesonde Huygens, die in januari 2005 zal landen op de Saturnusmaan Titan. Maar er is een probleem in de communicatie tussen de twee ruimteschepen. De helft van de wetenschappelijke waarnemingen lijkt verloren te gaan. Onderzoeker Leonid Gurvits van het Joint Institute voor VLBI ERIC (JIVE) in Dwingeloo bedenkt een workaround. Hij volgt de landing van de kleine Huygens sonde met achttien radiotelescopen verspreid over de hele aarde. En met succes. ‘Wat begon als een technisch probleem kreeg een heel mooie afloop’, zegt Vermeersen. ‘Dankzij radiotelescopen op aarde hebben we nu gegevens over de wind in de atmosfeer van Titan.’ Dezelfde truc werd later ook toegepast bij de ESA missies Venus Express en Mars Express. Nu werkt Vermeersen samen met Gurvits, wetenschappelijk leider van PRIDE, om de techniek in te zetten tijdens de JUICE missie. Dit keer niet om wetenschappelijke waarnemingen te ‘redden’, maar juist om méér en betere wetenschappelijke resultaten te boeken met de instrumenten aan boord.
Een bruikbaar signaal
Bert Vermeersen, hoogleraar planetaire exploratie aan de TU Delft. | Bron: TU Delft
PRIDE heet het Nederlandse experiment. Dat staat voor Planetary Radio Interferometry and Doppler Experiment. Telescopen die normaal gesproken verre sterrenstelsels en andere astronomische bronnen van radiostraling onderzoeken, worden nu ingezet voor het volgen van JUICE. Een sleutelrol is daarbij weggelegd voor de correlatoren van JIVE. Deze supercomputers voegen gegevens van telescopen uit de hele wereld samen tot één bruikbaar signaal. ‘Planeetverkenners communiceren meestal maar met één schotelontvanger tegelijk op aarde’, vertelt Vermeersen. ‘Wij kijken naar de satelliet met meerdere telescopen die heel ver uit elkaar staan. Dat noem je in de sterrenkunde very long baseline interferometrie. Zo ontstaat een effect dat ook optreedt als je met twee ogen naar een object kijkt: ineens zie je heel scherp heel ver weg. En dan kun je de positie van een object veel nauwkeuriger bepalen.’ Het netwerk van radiotelescopen op aarde gaat de positie van JUICE bepalen tot enkele tientallen meters nauwkeurig – en dat terwijl het ruimteschip gemiddeld bijna 800 miljoen kilometer van de aarde verwijderd is. ‘Wij verrijken de gegevens van tien wetenschappelijke instrumenten aan boord met nauwkeurige locatiebepaling. En dat maakt nieuwe ontdekkingen mogelijk.’
Baanbrekende wetenschap
JUICE wil vaststellen wat er onder het ijs van de manen van Jupiter zit.| Bron: AIRBUS
Een voorbeeld: JUICE wil vaststellen wat er onder het ijs van de manen van Jupiter zit. Is dat water? Vaste grond? Een mantel? Om dit te ontdekken, moet je eerst meer weten over het zwaartekrachtsveld van de maan. Dat zwaartekrachtsveld onderzoek je op zijn beurt door te kijken naar kleine afwijkingen in de baan die JUICE beschrijft om die maan heen. Maar daarvoor moet je dan wel de exacte posities van de ruimtesonde en de maan kennen. Enter PRIDE. Ook in het onderzoek naar ijsdiktes op de Jupitermaan Europa komt PRIDE-instrument om de hoek kijken. En PRIDE stelt wetenschappers in staat om waar te nemen hoe de maan Ganymedes door de tijd heen verandert, bijvoorbeeld of het ijsoppervlak getijdenbeweging heeft. Vermeersen: ‘Wij bepalen met PRIDE wanneer JUICE opnieuw over dezelfde locatie van Ganymedes heen vliegt. Zo kun je meetgegevens van verschillende passages met elkaar vergelijken en dus veranderingen waarnemen.’
Grote sprongen
Behalve aan de TU Delft, werkt Vermeersen ook een dag in de week bij het Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee. Het NIOZ weet ontzettend veel over oceaanstromingen op aarde, veroorzaakt door de getijden. ‘De modellen en onderzoeksmethodes van het NIOZ zijn met kleine aanpassingen ook toepasbaar op andere planeten en manen in ons zonnestelsel. Door samen te werken kunnen we heel snel, heel grote sprongen maken in de planetaire wetenschap.’ Sprongen voorwaarts. Grote vragen, belangrijke antwoorden. Dat is waarom Vermeersen nu al vijftien jaar aan het wetenschappelijke experiment PRIDE werkt – en er ook de komende vijftien jaar aan zal blijven werken: ‘Vroeger tuurden we met telescopen naar de hemel, op zoek naar de antwoorden. Nu is er ook een andere manier: we sturen ruimtevaartuigen, gebouwd door ingenieurs. We wéten dat er water is op de ijsmanen van Jupiter en ik acht de kans groot dat we er op den duur ook primitieve vormen van leven zullen vinden.’
Over JUICE en PRIDE
ESA’s maanverkenner JUICE wordt volgend jaar gelanceerd vanuit Kourou, Frans Guyana en is daarna tien jaar lang onderweg door ons zonnestelsel met als eindbestemming Jupiter. Daar onderzoekt hij de manen Europa, Callisto en Ganymedes met tien verschillende wetenschappelijke instrumenten en één experiment: het Nederlandse PRIDE. Het NSO steunde de wetenschappelijke toepassingen van PRIDE jarenlang vanuit het programma Gebruikersondersteuning. NSO en NWO financieren ook het werk van Leonid Gurvits, die als gasthoogleraar verbonden is aan de TU Delft.