De VLT: sterrenwacht op eenzame hoogte

Wie de Cerro Paranal op rijdt, waant zich bijna op Mars: het zou je werkelijk niet verbazen als je in deze rode ‘rotstuin’ de Sojourner zou tegenkomen. Slechts hier en daar houdt een moedig, dor struikje stand. We bevinden ons aan de rand van een van de droogste gebieden op aarde: de Atacama-woestijn in het noorden van Chili. Het langgerekte Zuid-Amerikaanse land is al geruime tijd de thuisbasis van veel Europese sterrenkundigen. Gevlucht voor de matige weersomstandigheden op het Europese continent, vestigden zij alweer dertig jaar geleden een grote sterrenwacht – de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) – op de iets zuidelijker gelegen bergtop La Silla. Daar is de hemel driehonderd nachten per jaar onbewolkt, een score die nergens in Europa wordt gehaald.

Begin februari 1998 lag de spiegel van de eerste VLT-telescoop nog in het ‘basiskamp’. Het acht meter brede gevaarte werd door het ESO-personeel liefkozend de ‘baby’ genoemd. De spiegel is Joe gedoopt, naar de eerste van de vier Daltons, bekend uit de stripboeken van Lucky Luke. Linksboven is de site van de VLT te zien.

Op de Paranal zijn de atmosferische omstandigheden nóg beter...normaal gesproken dan. Want El Niño laat ook hier de sterrenkundigen niet met rust. Bij ons bezoek aan La Silla blijkt de omgeving van de ESO-lokatie groener dan ooit en hangt er hardnekkige bewolking boven de berg. En zelfs bij de Paranal hangen een paar wolkjes. Onze gids, Roberto Alvarez, die al sinds het begin van de bouwwerkzaamheden in 1991 op de eenzame bergtop werkt, heeft dit in al die jaren nog niet meegemaakt. ‘In de winter komt er wel eens wat bewolking op, zo’n tien à twintig dagen per jaar, maar nu is er geen peil op te trekken,’ zegt Alvarez. ‘Maar dat neemt niet weg dat dit een goede plek is voor een sterrenwacht.’
Wat op Paranal meer zorgen baart dan wolken of neerslag is het alom aanwezige stof. Alvarez wijst in de richting van een ver weg gelegen heuvel, waar men bezig is met nitraatwinning. ‘We onderzoeken al twee jaar of we daar last van krijgen, maar het lijkt mee te vallen: de wind blaast het stof snel genoeg weg,’ vertelt hij. Ondertussen laat ook onze auto een indrukwekkende stofwolk achter: de weg naar de bergtop, waar nog voortdurend bouwverkeer overheen dendert, is nog niet verhard.

Aanloopfase

Om de reusachtige telescoopbehuizingen op Cerro Paranal te kunnen onderbrengen is de berg in 1992 – onder verantwoordelijkheid van de Nederlandse firma Interbeton – een kopje kleiner gemaakt. Ten behoeve van de VLT heeft de berg maar liefst 28 meter in hoogte moeten inboeten. De top van de berg is gewoonweg opgeblazen en over de rand geschoven, en op het aldus ontstane plateau staan nu hijskranen, bouwketen, grote stapels bouwmateriaal en – niet te vergeten – vier reusachtige gebouwen in verschillende stadia van ontwikkeling. Het eerste gebouw, dat van VLT 1, is bijna klaar, maar de behuizing van VLT 4 is nog slechts een futuristisch geraamte dat niet zou misstaan als museum voor moderne kunst.
De Very Large Telescope is een prestige-object met een prijskaartje van meer dan een miljard gulden. Maar voor dat forse bedrag worden op Paranal dan ook zeven telescopen gebouwd: vier met een hoofdspiegel van 8,2 meter en drie ‘kleine’ hulptelescopen met een spiegel van 1,8 meter (later komen er wellicht nog meer hulptelescopen bij). Met hun middellijn van ruim acht meter zijn de vier grote VLT-telescopen niet de grootste ter wereld, maar als ze alle vier op hetzelfde hemelobject worden gericht, kunnen hun lichtopbrengsten worden ‘opgeteld’. En aldus ontstaat een telescoop met het vermogen van een 16 meter spiegel. Daarmee heeft de VLT ruim veertig keer de lichtgevoeligheid van de Hubble-ruimtetelescoop en tweeënhalf keer die van de grote Keck-telescoop.
In februari gonst het bijna voltooide gebouw waar de eerste, nog spiegelloze telescoop is ondergebracht van de activiteit. Italiaanse technici zijn, regelmatig vloekend, bezig om een stukje onwillige elektronica aan de praat te krijgen. In de provisorische controlekamer komen we de veel serenere Zweed Krister Wirenstrand tegen, die bezig is om de telescoop ‘uit te lijnen’. Want het is de bedoeling dat het bijna vijfhonderd ton wegende gevaarte straks met uiterste precisie op de sterren kan worden gericht.
Het is, drie maanden voor de ‘ingebruikname’, nauwelijks voorstelbaar dat het instrument op tijd klaar zal zijn: er lijkt nog jaren werk in te zitten. ‘Dat is ook zo,’ beaamt Wirenstrand. ‘Maar het opvangen van een eerste lichtstraaltje betekent ook nog niet dat de telescoop klaar is. Op de een of andere manier zullen we er wel in slagen om op tijd een redelijke afbeelding van een hemelobject te maken. Maar dan begint het eigenlijke werk pas: de fijnafstelling. Het ding aan de praat krijgen is niet zo moeilijk, maar de kwaliteit ervan optimaal benutten, dát is de kunst.’
Eén van de stafastronomen die zich straks met de fijnafstelling bezig zullen houden is Marco Scodeggio, die nu nog werkzaam is bij de NTT op La Silla. Scodeggio brengt veel kennis en ervaring mee die hij heeft opgedaan met laatstgenoemde telescoop. ‘Een van de problemen waarmee je bij een azimutale telescoop als de VLT te maken krijgt, is dat je voor het volgen van een ster twee assen tegelijk moet aansturen, en aanvankelijk weet je nog niet precies hoe zo’n nieuwe telescoop beweegt,’ zegt Scodeggio. ‘Je hebt wel een theoretisch model, maar je weet niet hoe de telescoop zich in de praktijk zal gedragen. In het begin is het verschrikkelijk moeilijk om een ster lang genoeg in beeld te houden om de exacte karakteristieken van de telescoop te leren kennen. Men denkt alleen hiervoor al een dikke week nodig te hebben.’
En daarmee is de aanloopfase nog niet voorbij. ‘Vervolgens moeten we erachter zien te komen waar het brandpunt van de telescoop zit,’ vervolgt Scodeggio. ‘Je weet natuurlijk wel ongevéér waar, maar in de praktijk komt er nog wel het nodige bij kijken voordat je er exact op bent ingezoomd.’ De eerste maanden na first light zullen worden gebruikt om de eerste VLT netjes af te stellen en met een kleine testcamera de eerste opnamen te maken. ‘Dan pas zal exact duidelijk worden hoe de lengte van de telescoopbuis fluctueert met de temperatuur en hoe hij reageert op de wind,’ aldus de Italiaanse astronoom. In november hoopt men dan de eerste ‘echte’ instrumenten in VLT 1 te kunnen installeren: ISAAC, een infraroodcamera, en FORS, een optische spectrograaf. Zelfs als alles volgens plan verloopt zullen pas in februari of maart 1999 de eerste serieuze sterrenkundige waarnemingen kunnen worden gedaan.

Interferometrie

Het valt niet mee om zo’n groot en ingewikkeld instrument op een bergtop in Chili te bouwen. Onderdelen en mankracht komen overal en nergens vandaan, niet alleen omdat alle Europese deelnemers hun graantje willen meepikken, maar ook omdat een klein land als Chili in zijn eentje niet in staat is om overal in te voorzien. De spiegels zijn in Duitsland gemaakt, in Frankrijk geslepen en gepolijst, naar Chili getransporteerd, over een deels zeer hobbelige weg van de haven van Antofagasta naar Cerro Paranal vervoerd, worden door Fransen van een aluminiumlaagje voorzien en vervolgens in de grotendeels door Italianen gebouwde telescoop-structuren ingebouwd. En de reusachtige silo-achtige gebouwen waarin de instrumenten worden ondergebracht, worden gebouwd door een ploeg bouwvakkers uit Chili, Roemenië en de Filippijnen.
Logistieke problemen zijn dan ook aan de orde van de dag. Toch is site manager Jörg Eschwey, die de bouw van de reuzentelescoop coördineert, een tevreden mens. ‘In grote lijnen loopt het project volgens plan, en het ziet ernaar uit dat we voor juni het moment van first light kunnen vieren,’ aldus de Duitser die al sinds 1 september 1991 meestentijds op de Paranal bivakkeert. ‘De eerste telescoop zal tegen het einde van dit jaar bedrijfsklaar zijn, de tweede volgend jaar, de volgende in 2000 en de laatste in 2001.’
Ondertussen worden voorbereidingen getroffen voor wat ongetwijfeld de grootste technologische uitdaging is: het interferometriegedeelte van de VLT, kortweg aangeduid met de letters VLTI. Bij interferometrie wordt het door de afzonderlijke telescopen opgevangen licht zodanig gecombineerd, dat het lijkt alsof de VLT één grote telescoop vormt. Het lichtvergarend vermogen blijft dat van een 16 meter telescoop, maar het scheidend vermogen wordt bij toepassing van interferometrie bepaald door de onderlinge afstand van de telescopen. De VLT zou een telescoop kunnen nabootsen met een ‘spiegeldiameter’ van 150 meter en (theoretisch) een mannetje op de maan kunnen zien rondlopen. Maar daartoe moeten de vervaarlijke telescopen met een nauwkeurigheid van een duizendste millimeter op elkaar worden afgestemd.
Nederland gaat met name bij de optische interferometrie een cruciale rol spelen. Op 12 maart werd in Leiden een contract getekend tussen de ESO en Fokker Space. Het Nederlandse bedrijf gaat, in samenwerking met TNO/TPD en de Leidse Sterrewacht, twee zogeheten delay lines leveren. Delay lines vormen het hart van een interferometer: het zijn gecompliceerde stukjes optica – in dit geval bestaande uit een stuk of vijftien spiegels – die ervoor moeten zorgen dat de opto-elektronische signalen van de VLT-telescopen perfect op elkaar worden afgestemd. Het licht van een hemelobject bereikt de verschillende telescopen immers niet exact gelijktijdig, en voor deze minieme vertragingen moet worden gecompenseerd in de lange tunnel die de verschillende telescopen met elkaar verbindt.
Met behulp van interferometrie zal de grote telescoop op Paranal straks niet alleen veertig keer zo lichtgevoelig zijn als de Hubble-ruimtetelescoop, maar kan het instrument ook vijftig keer zo scherp kijken. ‘Daarmee is de VLT straks de enige telescoop die kan concurreren met de grote Amerikaanse projecten,’ aldus algemeen ESO-directeur Riccardo Giacconi tijdens de bijeenkomst in Leiden. ‘We willen overigens niet alleen de grootste telescoop ter wereld bouwen, maar er ook de beste wetenschap mee bedrijven. Zonder een faciliteit als deze zouden Europese astronomen straks geen kosmologisch onderzoek kunnen blijven doen.’
Als alles goed gaat, zullen reeds in het jaar 2000 de eerste interferometrie-waarnemingen kunnen worden gedaan. Belangrijke doelwitten van de sterrenkundigen zijn de mogelijke planeten bij andere sterren, objecten in het overgangsgebied van sterren naar planeten (bruine dwergen e.d.) en de kernen van jonge, actieve sterrenstelsels aan de rand van het heelal. ‘Zulke waarnemingen zijn alleen mogelijk als je resolutie in de buurt komt van de 10 microboogseconden,’ aldus ESO-astronoom Francesco Paresce. ‘Met VLTI zullen we Jupiters kunnen waarnemen tot op een afstand van duizend parsec.’

Voorsprong

Zo ver is het in 2000 overigens nog niet: dan zal de interferometrie met de VLT zich nog beperken tot klassieke waarnemingen, zoals het heel nauwkeurig meten van de schijnbare diameters van sterren. Pas rond 2003 zal de interferometer min of meer op volle sterkte zijn. Volgens Paresce is dat geen moment te vroeg: ‘Door uitstel heeft de VLTI de nodige vertraging opgelopen, waardoor we nu geen grote voorsprong meer hebben op de Amerikanen [de Keck-interferometer – EE]. En daarbij komt nog dat we ook een eventuele interferometer in de ruimte vóór moeten zijn, want die kan een nog eens tien maal zo hoge resolutie bereiken!’
Het uiteindelijke succes van de Very Large Telescope zal ongetwijfeld worden afgemeten aan het succes van het interferometrie-programma. Vooralsnog is interferometrie (zowel optisch als in het radiogebied) de enige techniek waarmee op de genoemde onderzoeksterreinen grote vooruitgang kan worden geboekt. Paresce verwacht zelfs dat in de wat verdere toekomst de VLT voor ongeveer tachtig procent zal worden ingezet voor onderzoek waarbij interferometrie nodig is.

Twee is teveel?

Door de opkomst van grote, nieuwe telescopen en technieken zoals de optische interferometrie ziet de toekomst voor ‘klassieke’ sterrenwachten, zoals die op La Silla, er niet erg rooskleurig uit. De meeste instrumenten van de oude ESO-sterrenwacht zijn naar de huidige maatstaven beslist veel te klein voor baanbrekend sterrenkundig onderzoek. Binnen ESO wordt dan ook steeds openlijker gesproken over het opheffen van de lokatie op La Silla. Een heuveltop naast de Paranal wordt zelfs al de ‘NTT-piek’ genoemd, omdat het een prima plek zou zijn om de New Technology Telescope te herhuisvesten.
Eschwey vat het allemaal nogal nuchter op. ‘De technologische ontwikkelingen gaan razendsnel, en over 25 of 30 jaar is ook de VLT weer aan een opknapbeurt toe,’ aldus de site manager van Paranal.