Om verre sterren waar te nemen, heb je al gauw een tientallen meters grote ruimtetelescoop nodig. Ténzij je de aarde als lens gebruikt, zo oppert deze Amerikaanse astronoom.

Verreweg de meeste kennis over het heelal hebben we vergaard dankzij licht. Licht afkomstig van nevels, sterren, sterrenstelsels en ga zo maar door. Niet zo gek dus dat astronomen graag zoveel mogelijk licht opvangen – en daarom altijd zullen dromen over een nóg grotere telescoop.

Probleem is alleen: dat begint nogal in de papieren te lopen. De grootste telescopen die momenteel worden gebouwd, met spiegels van 25 tot 39 meter breed, kosten ruim 1 miljard euro per stuk. En bij nóg grotere exemplaren gaat de prijs rap richting onbetaalbaar. Daarom besloot David Kipping, astronoom aan de Columbia-universiteit in New York, om het eens over een andere boeg te gooien. In een recent artikel vraagt hij zich af: “Zijn er geen manieren om een signaal uit het heelal te versterken zónder steeds grotere instrumenten te hoeven bouwen?” Zo’n manier is er inderdaad, stelt hij vervolgens: we kunnen de aarde als lens gebruiken, een idee dat hij de terrascoop heeft gedoopt.

Terrascoop

Hoe zou dat dan moeten werken, een hele planeet als lens? Wanneer licht van een verre ster vanuit de ruimte de aardatmosfeer in gaat, wordt het een stukje afgebogen. Daarna vliegt het door de aardatmosfeer en wordt het nog wat verder afgebogen als het vanuit de atmosfeer weer de ruimte in gaat. (Geen exotisch verschijnsel, overigens: een lichtstraal die onder een hoek vanuit de lucht in het water schijnt, of omgekeerd, wordt ook afgebogen. Daardoor lijken bijvoorbeeld vissen vaak dichter bij het oppervlak te zwemmen dan ze daadwerkelijk doen.)

Maar hoe kunnen we daar dan ons voordeel mee doen? Daarvoor moet je allereerst een eind bij de aarde vandaan vliegen. Vervolgens kijk je door een telescoop naar onze planeet op het moment dat een sterrenkundig object zich precies aan de andere kant bevindt. Dan zorgt de aardatmosfeer er namelijk voor dat dit lichtsignaal te zien is als een ring rond de hele aarde – en bovendien wordt versterkt. Zo kun je dus met een kleine ruimtetelescoop heel veel licht ontvangen van bijvoorbeeld een verre ster.

Volgende vraag is hoe ver die ruimtetelescoop van de aarde vandaan moet staan. In principe geldt: hoe dichter het licht langs het aardoppervlak scheert, hoe meer het wordt afgebogen en hoe dichter bij de aarde je ruimtetelescoop kan staan. Dus, zou je zeggen, concentreer je je op het licht dat rakelings langs het aardoppervlak gaat. In dat geval, zo berekent Kipping, kan je telescoop ietsje dichter bij staan dan de maan.

Jammer alleen dat de aarde geen gladde biljartbal is, maar vol staat met obstakels – gebouwen, bergen enzovoort – die dit licht kunnen blokkeren. Bovendien zijn er in de onderste 10 kilometer van de atmosfeer geregeld wolken te vinden; ook niet handig voor een passerende lichtstraal. De terrascoop werkt daardoor het beste, stelt Kipping, als je je richt op licht dat op een hoogte van 13,7 kilometer langs het aardoppervlak is gegaan. Dan zit je zo laag als maar kan zonder last te hebben van het grillige aardoppervlak of alle wolken die daarboven zweven. De prijs daarvan is dan dat je wat verder van de aarde moet gaan zitten met je ruimtetelescoop: zo’n 1,5 miljoen kilometer. Maar dat is nog steeds best te doen. De James Webb Space Telescope, die de NASA in 2021 hoopt te lanceren, komt bijvoorbeeld op een vergelijkbare afstand te staan.

Beperkte keuze

De Amerikaanse astronoom David Kipping denkt een antwoord te hebben gevonden op de vraag: zijn er manieren om een signaal uit het heelal te versterken zonder dat we steeds grotere instrumenten hoeven te bouwen? © Carla.Cantor@Columbia.edu

Een ruimtetelescoop die de aarde als lens gebruikt, werkt veel beter dan zijn formaat doet vermoeden. Geef je hem een spiegel met een middellijn van 1 meter, dan vangt hij daarmee evenveel licht als een ‘gewone’ ruimtetelescoop met een spiegel van meer dan 150 meter. “Met zo’n telescoop kun je bijvoorbeeld de topografie van planeten bij andere sterren bestuderen,” zegt Kipping in een YouTube-filmpje over zijn idee, “of heel zwakke bronnen aan de andere kant van het heelal waarnemen.”

Het mooie van zo’n telescoop is dat hij uiteraard onnoemelijk veel goedkoper is dan een echte telescoop van 150 meter. En hij kost ook een stuk minder dan de James Webb, die een spiegel heeft van 6,5 meter en waar een prijskaartje van zo’n 9 miljard euro aan bungelt.

Het grote nadeel is dat een telescoop die de aarde als lens inzet alleen werkt voor lichtbronnen die zich op dat moment aan de andere kant van onze planeet bevinden. Je kunt hem dus niet richten op elk verschijnsel waar je maar geïnteresseerd in bent, maar zult het moeten doen met wat er toevallig op de juiste plek staat. Volgens Kipping kun je dat deels ondervangen door meerdere ruimtetelescopen te lanceren, wat de onderneming natuurlijk wel weer duurder maakt.

Of het ooit wat gaat worden met de terrascoop? Wie weet. De NASA zal zijn handen voorlopig vol hebben aan zijn eigen plannen – waaronder de James Webb – maar het kan natuurlijk best dat bijvoorbeeld een of andere internetmiljardair er brood in ziet. En dan zou het zomaar eens snel kunnen gaan.

Bronnen: ArXiv.org, Centauri Dreams (1), Centauri Dreams (2), YouTube

Openingsbeeld: iStock Photo/Getty Images

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!