Sterrenkunde is een boeiende wetenschap dievaak ook nog eens fraaie foto’s oplevert: ideaalvoor educatieve doeleinden. De afgelopen jarenhebben NASA1, ESA2, de Hubble-ruimtetelescoopen de telescopen van ESO3 op La Silla enParanal in Chili steeds spectaculairdere afbeel-dingen van het heelal gemaakt. De Hubble- enESO-telescopen zijn waardevolle astronomischeinstrumenten, die echter niet alleen mooienieuwe plaatjes hebben opgeleverd: ze stellensterrenkundigen in staat om verder dan ooittevoren het heelal in te turen en antwoorden tevinden op nog openstaande vragen.

De analyse van waarneemgegevens is in dedetails vaak nogal ingewikkeld. De grote lijnenzijn echter eenvoudig genoeg om door middel-bare scholieren zelf uitgevoerd te kunnen wor-den.

Deze reeks astronomische practica is een co-productie van de Europese deelnemer aan hetHubble-project, de ESA, die over 15% van dewaarneemtijd met Hubble beschikt, en de ESO.Het doel van de reeks is een aantal kleine pro-jecten te presenteren die de scholier een indrukgeven van de manier waarop wetenschappelijkeontdekkingen tot stand komen. Op basis vaneenvoudige meetkundige en natuurkundige be-rekeningen zullen antwoorden worden gevondendie vergelijkbaar zijn met de resultaten van deveel uitvoerigere analyses in de wetenschappe-lijke vakliteratuur.

Deze inleiding geeft een overzicht van deideeën achter de Hubble- en ESO-faciliteiten,evenals een korte beschrijving van de telesco-pen, de bijbehorende instrumenten en de werk-methoden. Daarbij zullen we tevens duidelijkmaken op welke waarnemingen de practica ge-baseerd zijn.

De vier practica bestaan uit achtergrondinforma-tie, gevolgd door een reeks vragen, metingen enberekeningen. De practica kunnen klassikaalworden gebruikt, maar ze zijn ook heel geschiktals kleine praktische opdrachten voor één of en-kele leerling(en).

De practica kunnen onafhankelijk van elkaarworden gebruikt en ze hoeven ook niet allemaalworden gedaan. We willen er evenwel op wijzendat het verstandig is om relevante onderdelenvan de Hulpmiddelen tezamen met de leerlingendoor te nemen voordat zij aan hun opdracht(en)beginnen, tenzij zij reeds met de aangebodenleerstof bekend zijn.

In het moderne onderwijs hecht men waarde aanhet leggen van verbanden tussen de verschil-lende vakgebieden, door interdisciplinaire acti-viteiten op te zetten die vaak uiteenlopendevaardigheden helpen ontwikkelen. Het is daaromook heel goed mogelijk om de Engelse versiesvan deze practica te gebruiken: ze dienen dantevens als oefening van het Engels. De betref-fende bestanden zijn te vinden op http://www.astroex.org.

Zoals gezegd, de ESA/ESO Astronomy Exercise Se-ries is van oorsprong Engelstalig, de taal diedoor wetenschappers overal ter wereld hetmeest wordt gebruikt. Voor optimaletoepasbaarheid in het Nederlandse voortgezetonderwijs hebben we de reeks vertaald. DezeNederlandse uitgave verschijnt onder auspiciënvan NOVA, de Nederlandse Onderzoekschool voorAstronomie, en de Nederlandse AstronomenClub, NAC. Realisatie werd financieel mogelijkdankzij een subsidie van de Gratama-stichting.Ook NOVA, NAC, het Groninger UniversiteitsfondsGUF en het Kapteyn Instituut van de Rijksuni-versiteit Groningen droegen financieel bij.

De volledige Nederlandse versie (Inleiding, Hulp-middelen en de vier practica) is beschikbaar viawebsite www.astroex.org/dutch. Alle HAVO/VWO-scholen in Nederland ontvangen ter ken-nismaking gedrukte exemplaren van een com-plete set.

De Nederlandse vertaling is van de hand vanEddy Echternach, die samen met RobertWielinga en Peter Barthel ook verantwoordelijkis voor de eindredactie. Zij dragen deze Neder-landse editie in dankbare herinnering op aan denagedachtenis van prof. dr. Kees Zwaan, voor-malig hoogleraar Sterrenkunde te Utrecht en fer-vent pleitbezorger van de astrofysica in hetvoortgezet onderwijs.

De sterrenkundepractica van ESA en ESO

1National Aeronautics and Space Administration – het Amerikaanseruimtevaartagentschap2European Space Agency – het Europese ruimtevaartagentschap3European Southern Observatory – de Europese ZuidelijkeSterrenwacht

Inle

idin

g

1

De Hubble-ruimtetelescoop

De H

ubbl

e-ru

imte

tele

scoo

p

Figuur 1: De doorlating van straling door de aardatmosfeerHemelobjecten zenden licht en straling van allerlei golflengten uit, maar lang niet al deze golflengten kunnen de aardatmosfeerpasseren: de betreffende straling wordt geabsorbeerd of verstrooid door atomen en moleculen in de lucht. De grafiek laat zien welkegolflengten er wél worden doorgelaten: ultraviolet licht en een groot deel van het infrarood worden vrijwel geheel geabsorbeerd ofverstrooid.

De Hubble-ruimtetelescoop werd op 26 april1990 door het ruimteveer ‘Discovery’ in eenbaan om de aarde gebracht — 67 jaar nadat deDuitse ruimtevaartpionier Hermann Oberth op demogelijke voordelen van sterrenkundig onder-zoek vanuit de ruimte had gewezen. Reeds be-gin jaren zestig werden bij NASA serieuze voor-stellen ingediend voor de realisatie van eenruimtetelescoop. Maar het project kreeg pas naeen lange reeks haalbaarheidsonderzoeken in1977 groen licht — het werd een gezamenlijkeonderneming van NASA en ESA.

Wat beeldscherpte betreft levert de Hubble-telescoop nog steeds betere prestaties dan detelescopen op aarde. En dat terwijl hij met zijnhoofdspiegel van 2,4 meter bij lange na niet degrootste is. De telescopen op aarde hebben alle-maal last van de twinkelingen die ontstaan alssterlicht door de turbulente lagen van de aard-atmosfeer gaat. Dit vertroebelende effect heefttot gevolg dat het oplossende vermogen vaneen telescoop — van welke grootte dan ook —nooit beter kan zijn dan ongeveer een halveboogseconde (1 boogseconde is 1/3600 graad).De beeldscherpte van een ruimtetelescoopwordt uitsluitend bepaald door de grootte enkwaliteit van zijn optiek en de nauwkeurigheidwaarmee het instrument tijdens een opname opeen object gericht kan blijven. Hierdoor zijnHubble-opnamen vijf keer zo detailrijk als soort-gelijke opnamen met telescopen op aarde. Vanafhet aardoppervlak kunnen we met onze tele-

scopen krantenkoppen op een afstand van eenkilometer lezen, met ‘Hubble’ ook de rest van detekst!

Het is voornamelijk deze veel betere beeld-kwaliteit die de ruimtetelescoop zo bijzondermaakt. Het instrument stelt astronomen echterniet alleen in staat om reeds bekende hemel-objecten veel gedetailleerder waar te nemen,maar ook om objecten te ontdekken die veellichtzwakker zijn dan de objecten die vanaf deaarde zijn waargenomen. Aldus heeft ‘Hubble’het astronomische gezichtsveld enorm vergroot.

Ruimtetelescopen zijn ook in staat om stralingin andere delen van het elektromagnetischespectrum te detecteren. Het golflengtebereikvan telescopen op aarde is beperkt door deabsorberende werking van de aardatmosfeer (ziefig. 1). Dat betekent dat ‘Hubble’ objecten nietalleen op zichtbare golflengten kan waarnemen,maar ook op ultraviolette en infrarode. Hetultraviolette deel van het spectrum is van grootbelang voor astronomen, omdat hier de zogehe-ten ‘atomaire overgangen’ van veelvoorkomendeelementen zichtbaar zijn. Alle scheikundige ele-menten hebben karakteristieke eigenschappendie ertoe leiden dat ze licht op bepaalde golf-lengten absorberen of juist uitzenden. Door inhet spectrum van een object naar tekenen vanemissie of absorptie van licht op deze golfleng-ten te kijken, kunnen samenstelling, tempera-tuur en andere fysische eigenschappen ervanworden bepaald.

2

De Very Large Telescope (VLT) van ESO is degrootste optische/infraroodtelescoop ter wereld.Het initiatief om een grote Europese telescoopte bouwen werd al eind jaren zeventig geboren.Begin jaren tachtig bespraken Europese sterren-kundigen uitvoerig hoe deze telescoop er uitzou moeten zien. Op basis van een gedetailleerdplan voor de bouw en financiering gaf de raadvan bestuur van ESO in december 1987 hetgroene licht aan het VLT-project.

De ESO is een internationale onderzoeks-organisatie die in 1962 werd opgericht doorBelgië, Duitsland, Frankrijk, Nederland en Zwe-den, met als doel “het gezamenlijk oprichten vaneen sterrenwacht met krachtige instrumenten ophet zuidelijk halfrond en het aldus stimuleren en

organiseren van samenwerking op het gebied vande astronomie”. Inmiddels hebben ook Denemar-ken, Groot-Brittannië, Italië, Portugal en Zwit-serland zich aangesloten. Ook andere landenhebben belangstelling om zich bij ESO aan tesluiten.

ESO beheert twee moderne sterrenwachten:Paranal en La Silla. Cerro Paranal, de locatie vande VLT, is een 2635 meter hoge berg (24°37’ ZB,70°24’ WL) in het noorden van Chili. De bergligt 12 km van de kust, 130 km ten zuiden vande stad Antofagasta, 1200 km ten noorden vanSantiago de Chile en 600 km ten noorden van LaSilla. Cerro Paranal ligt in een van de droogstegebieden ter wereld: de Atacama-woestijn. Om-dat slecht weer de grootste vijand van astrono-men is, heeft de ESO uitgebreid klimatologischonderzoek gedaan voordat deze plek voor de VLTwerd geselecteerd. De hemel is hier 350 nachtenper jaar onbewolkt.

De VLT bestaat uit vier afzonderlijke telescopen(Unit Telescopes — UT’s), die elk een hoofd-spiegel hebben met een middellijn van 8,2 me-ter. Daarnaast heeft elke telescoop nog eentweetal kleinere vangspiegels. Om het twinkelenvan sterren ten gevolge van de turbulenties inde aardatmosfeer tegen te gaan, is de VLT uit-gerust met een adaptief optieksysteem. Dankzijdit systeem zijn de VLT-beelden net zo scherpals die van een telescoop in de ruimte. Alle vierde telescopen zijn sinds eind 2000 in bedrijf enhebben al verrassende wetenschappelijke resul-taten opgeleverd.

Momenteel worden drie 1,8-meter hulptele-scopen — Auxiliary Telescopes (AT’s) — ge-bouwd. Elke UT kan afzonderlijk worden ge-bruikt, maar als ook de AT’s gereed zijn, kunnenalle telescopen worden gecombineerd tot ééninstrument: de VLT Interferometer (VLTI). DeVLTI zal een beeldscherpte hebben die vergelijk-baar is met die van een 200-meter telescoop. In2001 zijn de eerste testopnamen met de VLTIgemaakt.

Figuur 2: Kaart van ChiliDe locaties van de twee ESO-sterrenwachten in Chili:La Silla en Paranal.

De Very Large Telescope van ESO

ESO

en d

e VL

T

4

ANTU and FORS

De bouwwerkzaamheden op Paranal begonnen in1991 en zes jaar later kwam de eerste van vierspiegels op zijn bestemming aan. Op 25/26 mei1998 werd de eerste telescoop, ANTU, in ge-bruik genomen. In de taal van de Mapuche-indianen betekent ANTU “zon”. De overige tele-scopen vingen in respectievelijk maart 1999,januari 2000 en september 2000 hun “eerstelicht” op.

De vier units van de VLT zijn opgesteld op zoge-heten alt-azimut-monteringen. Bij zo’nmontering kan de telescoopbuis om twee assendraaien: de horizontale (de hoogte-as) is in eenreusachtige ‘vork’ gemonteerd die om een verti-cale as (de azimut-as) kan draaien. Met behulpvan de beide draaiassen kan de telescoop op elkpunt aan de hemel worden gericht.

Op 15 september 1998 werd de FORS1 (FOcal

Reducer and Spectrograph) in gebruik genomen.Met dit instrument, dat aan ANTU is gekoppeld,zijn direct al indrukwekkende hemelopnamengemaakt. Dankzij FORS1 en de andere VLT-instrumenten hebben Europese sterrenkundigennu vele nieuwe waarneemmogelijkheden.

FORS1, en zijn soortgenoot FORS2, zijn het re-sultaat van het meest grondige onderzoek datooit aan de bouw van een sterrenkundig instru-ment voor toepassing op aarde is voorafgegaan.Met de FORS-instrumenten kunnen opnamen optwee verschillende afbeeldingschalen (vergro-tingen) en spectra met verschillende resoluties(scheidend vermogen) worden gemaakt van zo-wel enkel- als meervoudige objecten. Met FORSis het dus mogelijk om eerst afbeeldingen vanverre melkwegstelsels te maken, en vervolgensook direct hun spectra op te nemen, zodat deafstanden tot de stelsels kunnen worden be-paald.

Meer informatie over de VLT is te vinden op:http://www.eso.org

Figuur 3: Een schematisch overzicht van de VLT Interferometer

De Very Large Telescope van ESO

ESO

en d

e VL

T

5