Nieuwe planeten door kunstmatige sterverduisteringen
Wetenschappers van de ruimtevaartafdeling van TNO TPD in Delft hebben een belangrijke stap gezet in de speurtocht naar op de aarde lijkende planeten buiten ons zonnestelsel. De ontwikkelde techniek om het licht van sterren kunstmatig te verduisteren, kan worden gebruikt in ESA’s Darwin-missie.
De afgelopen jaren hebben astronomen meer dan honderd grote planeten buiten ons zonnestelsel ontdekt. Ze kwamen deze planeten op het spoor door de schommelingen die zij door hun aantrekkingskracht uitoefenen op de ster waaromheen zij bewegen. Deze ‘exoplaneten’ zijn dus alleen indirect waarneembaar, en niet te zien door grote telescopen, zoals Very Large Telescope in Chili of de Hubble-ruimtetelescoop. Voor het direct waarnemen van planeten zijn telescopen vereist met een vele malen groter oplossend vermogen.
Voor het vinden van buitenaards leven is het bovendien noodzakelijk om naar planeten te kijken die dichtbij een ster staan. Alleen daar heerst een zodanige temperatuur dat water ook in vloeibare toestand kan bestaan. In ons zonnestelsel liggen zowel de aarde als Mars in zo’n ‘bewoonbare zone’. Specialisten die zich bezighouden met het onderzoek naar mogelijk buitenaards leven, denken verder dat vooral naar op de aarde lijkende, rotsachtige planeten, en niet naar grote gasreuzen zoals onze planeet Jupiter, moet worden gezocht.
Het zoeken naar kleine, op de aarde lijkende planeten in de bewoonbare zone niet al te ver van een ster levert een extra probleem op. Het licht van een ster is ruim een miljoen keer sterker dan het licht van een op de aarde lijkende planeet. Het komt overeen met het kijken naar een kaars naast een vuurtoren op 10.000 km afstand!
Kunstmatige sterverduistering
De oplossing voor dit probleem is het combineren van de signalen van twee of meer telescopen met een technologie die ‘nulling-interferometrie’ wordt genoemd. Met nulling-interferometrie kunnen sterren kunstmatig worden verduisterd zodat de planeet naast de ster zichtbaar wordt. Voor het vinden van buitenaards leven is het vervolgens noodzakelijk om de atmosfeer van de planeet te onderzoeken met behulp van infraroodspectroscopie over een breed golflengtegebied (van 6 tot 18 micron). Nulling-interferometrie over een breed golflengtegebied vereist een apparaat dat ‘Achromatische Fase Verschuiver’ heet.
TNO’s Achromatische Fase Verschuiver loopt voor in de wereld
TNO TPD heeft, met ondersteuning van ESA en het NIVR, een achromatische faseverschuiver ontwikkeld in het golflengtegebied van 0,5 tot 0,8 micron. Met deze faseverschuiver wordt een duizendvoudige sterverzwakking bereikt. Wanneer deze techniek bij langere golflengtes (in het infrarood) wordt toegepast, geeft dit een verzwakking van honderdduizend maal, voldoende voor het waarnemen van planeten.
In samenwerking met Astrium Space heeft TNO TPD deze technologie inmiddels toegepast in een nabij-infrarood nullinginstrument (bij een golflengte van 1.5 micron). Een stabiele, breedbandige verzwakking van 36.000 maal werd onlangs tijdens testen bereikt. Naar een golflengte van 12 micron doorvertaald, kan het een verzwakking opleveren van twee miljoen maal! TNO TPD ligt hiermee voor op de rest van de wereld. In de komende maanden zullen door Astrium Space verdere testen worden gedaan.
Met de succesvolle afsluiting van het testprogramma op de achromatische faseverschuiver en het nullinginstrument is een technologische doorbraak bereikt die astronomen in de toekomst in staat zal stellen om kleine planeten rond andere sterren te vinden. Als meer planeten zijn te zien, zal de technologie ook een rol gaan spelen in het zoeken naar buitenaards leven.
Technologie eveneens bruikbaar voor geneeskunde
Naast toepassing in toekomstige ruimtetelescopen kan de technologie ook gebruikt worden voor medische doeleinden. Te denken valt aan optische tomografie, waarmee bijvoorbeeld in een vroegtijdig stadium kanker kan worden ontdekt.
