Herschel: HIFI

Nederlandse 'watermeter' op oude Europese ruimtetelescoop die signaal vernuftig versterkte.

Herschel: HIFI

HIFI, instrument aan boord van de Herschel-ruimtetelescoop

HIFI, wat staat voor Heterodyne Instrument for the Far Infrared, is een omvangrijk ruimteonderzoeksproject onder Nederlandse leiding. Het instrument onderzoekt de samenstelling van gaswolken die in de ruimte zweven en meet onder meer de hoeveel koolstof en water. Zo kunnen astronomen meer te weten komen over de vroegste geschiedenis van het ontstaan van sterren en planeten. HIFI doet ook metingen aan de atmosfeer van planeten en kometen in ons zonnestelsel. Niet alleen technologisch, maar ook organisatorisch is het HIFI-project complex. Maar liefst 25 partners uit meer dan 10 landen zijn erbij betrokken. Elke partner heeft zijn eigen specifieke en vaak unieke kennis ingebracht in HIFI. SRON vervulde een centrale rol – die van Principal Investigator - en leidt en coördineert de samenwerking.

Herschel

Met de lancering van de Herschel-ruimtetelescoop kregen sterrenkundigen wereldwijd een instrument tot hun beschikking dat waarnemingen doet in het nagenoeg onverkende overgangsgebied tussen infraroodstraling en radiostraling, het zogenoemde submillimetergebied. HIFI is een van de drie wetenschappelijke instrumenten van Herschel. De straling uit het heelal waar HIFI naar kijkt, is van een heel hoge frequentie, zogenoemde terahertzstraling. Een probleem bij de verwerking van deze hoogfrequente straling is het feit dat er geen elektronica bestaat die zo snel kan werken. Daarom wordt de straling in HIFI gemengd met een kunstmatig in de satelliet opgewekt signaal. Zo ontstaat, net als bij geluid, een zweeftoon die een stuk lager is in frequentie en daardoor goed te verwerken is, terwijl alle wetenschappelijke informatie behouden blijft. De supergeleidende detectoren van HIFI zetten het signaal om in een elektrisch stroompje dat uiteindelijk naar de aarde geseind wordt.

Brandpunt

De enorme hoofdspiegel van Herschel (met een diameter van 3,5 meter) vangt de straling uit het heelal op. De straling komt via een tweede spiegel terecht in het brandpunt, waar de wetenschappelijke instrumenten zitten. Het vangspiegeltje van HIFI stuurt de straling het instrument in. Het grootste deel van HIFI bevindt zich in de centrale cryostaat van Herschel. De cryostaat is in feite een enorme ‘thermosfles’, maar dan met een zeer koude vloeistof gevuld: 2200 liter supervloeibaar helium. Dit zorgt ervoor dat delen van HIFI op een constante temperatuur worden gehouden van 2 tot 10 graden Kelvin (0 graden Kelvin, het absolute nulpunt, is -273 °C). Naast HIFI zitten er twee andere instrumenten in de cryostaat: PACS en SPIRE.

Wetenschap

HIFI levert veel nieuwe informatie voor het nog niet goed begrepen proces van stervorming, en op grotere schaal, de ontwikkeling van sterrenstelsels. De telescoop vangt straling op van stelsels die op grote afstand staan. Maar ook op kortere afstand worden metingen gedaan aan kometen en planeten in ons eigen zonnestelsel.

Geboorte en sterven van sterren

Een ster ontstaat uit een wolk van gas en stof, die de eerste stadia van dit ontstaansproces echter aan het zicht onttrekt. Maar in het diepe infrarood is het mogelijk om door de gaswolk heen te kijken. Daardoor is HIFI in staat om gegevens te verzamelen over deze stervormingsprocessen. Daarnaast doet HIFI onderzoek naar het sterfproces van sterren. Sterren van het zontype eindigen hun leven met het uitstoten van grote gaswolken. Een groot deel van de interstellaire materie bestaat uit deze restgassen. HIFI neemt deze gasschillen, de samenstelling ervan en de snelheid van de gasstromen waar. De geboorte en het sterven samen bepalen hoe onze eigen Melkweg en andere sterrenstelsels eruitzien en hoe dat zo gekomen is.

Water

Water speelt een sleutelrol in een heleboel processen in het heelal, waaronder de ontwikkeling van sterren. Water in de ruimte kan het beste vanuit de ruimte zelf worden gedetecteerd. Op aarde is daarvoor het vocht in de atmosfeer een zeer storende factor, zelfs op de hoogste en droogste woestijnberg. HIFI meet water, niet alleen in interstellaire gaswolken, maar ook bij kometen, planeten en hun manen. In oktober 2011 vond een onderzoeksteam onder leiding van de Leidse astronoom Michiel Hogerheijde met HIFI voor het eerst koude waterdamp in een planeetvormende schijf rond een jonge ster. Deze ontdekking duidt erop dat deze schijf, die bezig is zich tot een planetenstelsel te ontwikkelen, grote hoeveelheden water bevat en dat planeten met oceanen, zoals de aarde, wel eens op veel meer plaatsen in het heelal zouden kunnen voorkomen.

Links

HIFI op de SRON-website