Drie decennia 30 m MRT
In 1933 publiceerde de Amerikaanse fysicus Karl Guthe Jansky (1905-1950) zijn bevindingen van radio waarnemingen met een buizen antenna op 20,5 MHz frekwentie (14,6 m golflengte) waarbij om de 23 uren 56 minuten een sterk radio signaal werd gedetecteerd. Jansky concludeerde dat dit signaal afkomstig was vanuit het centrum van de Melkweg in het sterrenbeeld Sagittarius - Boogschutter. Geïnspireerd door deze ontdekking, bouwde de Amerikaanse radio ingenieur Grote Reber (1911-2002) in 1937 een 9 m parabool antenne om de Melkweg systematisch af te speuren.
In april 1944 nam de radio astronomie aanvang in Europa, toen de Nederlandse astronoom Hendrik van de Hulst (1918-2000) berekende dat neutraal Waterstof in de Melkweg elektromagnetische straling veroorzaakt met een frekwentie van 1420,4 MHz (21 cm golflengte). In 1951 leidden radio waarnemingen van neutraal waterstof tot het vastleggen van de spiraalvormige structuur van de Melkweg.
Na de Tweede Wereldoorlog kwam de nieuwe tak pas echt in de belangstelling, en in 1947 startte de Britse astrofysicus Bernard Lovell (1913-2012) in 1947 onderzoek naar de correlatie tussen radio signalen en meteoren alsook de radio echo’s geproduceerd door het noorderlicht of poollicht.
Degelijk onderzoek in radio astronomie vereiste echter een grote beweegbare schotel antenne, hetgeen dankzij vernieuwde financiële steun leidde tot de bouw van de 76,2 m radio telescoop (focus lengte 23 m), nu bekend als de Lovell telescoop. Deze 1500 ton zware schotel zag “First Light” op 2 augustus 1957, waarbij een drift scan van de Melkweg werd uitgevoerd. Naast de radio astronomie bleek de Lovell radio telescoop een uniek instrument dat de aandacht van de wereldpers trok met ondermeer het opvolgen van de Russische Sputnik 1 (Oktober 1957), Lunik II en Luna 3 Maanmissies in 1959.
Medio de jaren 1950, voortbouwend op het succes van de radio astronomie pioniers, plande een nieuwe generatie radio astronomen, gegroepeerd in het Nederlandse NFRA (Netherlands Foundation Radio Astronomy - 1949), de Amerikaanse RAL (Radio Astronomy Lab – 1958) en NRAO (National Radio Astronomy Observatory - 1956), de bouw van grotere en preciesere radio telescopen. Bovendien maakte de opkomst van de computer de toepassing van interferometrie, waarbij observaties van verschillende radio antennes worden samengevoegd als één denkbeeldige telescoop met groter scheidend vermogen, mogelijk waardoor ondermeer radio bronnen buiten ons Melkwegstelsel in kaart werden gebracht.
In Frankrijk ging de hoofdinspanning inzake radio-astronomie naar het opvolgen van de activiteit op de Zon. Vanaf 1954 werden de radio astronomen, onder leiding van Emile-Jacques Blum (1923-2009), gegroepeerd op de Paris-Meudon sterrenwacht waar het concept van “Le Grand Radiotélescope” werd uitgewerkt. Tussen 1956 en 1965 werd de 200 m lange, 40 m hoge Grand Radiotélescope, ook Nançay Radio Télescope (NRT) genoemd, gerealiseerd. Deze Kraus-type radio telescoop bestond uit een vaste verticale open rasterwerk primaire antenne met een parabolische secundaire antenne op een afstand van 460 m die de golven terug kaatste naar een instrumenten container op rails. De NRT kon waarnemen tot op 10 cm golflengte.
In Duitsland ijverde voormalig radar pionier en staatssecretaris van Nordrhein-Westfalen Leo Brandt (1908-1974) voor de realisatie van een 25 m radio telescoop op de Stockert sterrenwacht nabij Bad-Münstereifel-Eschweiler. Bovendien realizeerde het FHP (Forschunginstitut für Hochfrequenz Physik) een 34 m radio telescoop te Wachtberg. Dankzij het succes van beide beweegbare antennes, werd in 1966 het MPIfR (Max Planck Institut für Radioastronomie) opgericht. Bovendien financierde de Volkswagen stichting de bouw van wereld’s grootste beweegbare antenne, de 100 m Effelsberg radio telescoop die “First Light” verkreeg in mei 1971 en tot op 1 cm golflengte kon waarnemen.
De auteur aan de 30 m MRT radio telescoop op de 2850 m hoge Lomo de Dilar in de Spaanse Sierra Nevada. Pico Veleta beschikt over de hoogst gelegen verharde weg in Europa en bij mooi weer is het Atlas gebergte in Marokko zichtbaar.
(Bron: Philip Corneille)
Echter bij het ontwerpen van wetenschappelijke instrumenten voor de grote Franse en Duitse radio-telescopen bleek algauw de interesse uit te gaan naar het onverkende millimeter golflengte gebied van het electro-magnetisch spectrum. Eind de jaren 1960 realiseerden Amerikaanse radio astronomen de eerste radio telescopen (1967: 12 m NRAO op Kitt Peak – Arizona, 1968: 40 m OVRO in Owens Valley – California) voor moleculaire spectroscopie op millimeter golflengtes. Het observeren van Koolstofmonoxide (CO) in de Melkweg leidde tot de ontdekking van gigantische moleculaire wolkens in het dense interstellaire medium (ISM) van de spiraalarmen. Stervorming gebeurt uitsluitend in deze koele wolkstructuren, die de helft van de totale gasmassa uitmaken in het binnenste gedeelte van onze Melkweg. In 1970 detecteerden Arno Penzias (1933-), Robert Wilson (1936-) en Keith Jefferts (1936-) Formaldehyde (H2CO) moleculen in het ISM. De ontdekking van deze eenvoudige polyatomische organische molecule lag aan de basis van de moluculaire astrofysica of astrochemie, het wetenschappelijk overlappingsgebied van scheikunde en sterrenkunde.
Begin de jaren 1970 hadden Franse astronomen enkel een submillimeter test-opstelling op de 3200 m Gornergrat in Zwitserland en drukten ze hun behoefte uit voor een millimeter golflengte observatorium. Echter door budgettaire problemen werd in 1973 voor een Europees project gekozen, in samenwerking met de Duitsers en Spanjaarden, om een interferometer en een grote alleenstaande Millimeter Radio Telescoop (MRT) te realizeren. In 1975, onder impuls van Emile-Jacques Blum en Peter Mezger (1957-) boog een groep van vooraanstaande radio astronomen, met Paul Wild (1923-2008), Bernard Burke (1928-) en Ken Kellerman (1937-), zich over het millimeter golflengte project. Uiteindelijk werd het 2550 m hoge Plateau de Bure in de Franse Alpen gekozen als locatie voor een interferometer (6X 15 m antennes) en de 3400 m hoge Pico Veleta in de Spaanse Sierra Nevada voor een 30 m MRT.
In juni 1975 werd een consortium opgericht bestaande uit 7 bedrijven (Dornier, FAG, MAN, Krupp, Thysen, Sulzer en Zarges) om in samenwerking met het MPIfR en INAG ( Institut National d’Astronomie et Geographie) het design en de bouw van de 30 m radio telescoop te realizeren. In februari 1976 werd het Spaanse IGN (Instituto Geografico Nacional) aangesproken voor het verwezenlijken van een hoofdkwartier te Granada voor een Frans-Duits-Spaans instituut voor radio astronomie, alsook om de nodige voorzieningen (aanleg weg, elektriciteit en een generator) uit te bouwen. Na protest van de lokale bevolking van Granada en Pradollano werd de 2850 m Lomo de Dilar nabij het Borreguiles ski-station gekozen als definitieve locatie voor de 30 m MRT.
In april 1979 werd het IRAM (Instituut voor Radio Astronomie op Millimeter golflengtes) officieel opgericht en begon de uitbouw van het nieuwe observatorium. De eerste tests met radio panelen wezen uit dat het materiaal aan de zeer strenge winter, met windsnelheden tot 200 km/u en temperaturen tot -15 °C kon weerstaan. In mei 1981 werden de MRT onderdelen vanuit Rheinhausen via Rotterdam naar Malage verscheept. In de zomer van 1982 werd de 800 Ton zware schotel op het betonnen voetstuk geplaatst en werden de 420 Aluminium panelen op het stalen subframe ingepast waarna de 30 m MRT van een warmte isolerende bekleding werd voorzien. De 2,0 m primaire focus antenne werd vervaardigd uit CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic) koolstofvezel versterkte kunststof. Naast de 30 m MRT werd een modern gebouw opgetrokken waarin de controlekamer voor 1 operator en 3 astronomen, de bibliotheek, de keuken met refter en 12 éénpersoonskamers werden ondergebracht.
Dankzij de computer gestuurde servo-motoren van de alt-azimutale montering kan de MRT tot op 1 boogseconde nauwkeurig worden gepositioneerd. Op 23 september 1983 verkreeg de 30 m MRT “First Light” waarbij een zwak reflectie signaal vanaf de Maan werd ontvangen. De eerste waarneming werd verricht op 1 november 1983, waarbij de neutronenster Taurus A (Messier 1 – Krabnevel) met de 22 GHz holography ontvanger in kaart werd gebracht. Op 28 mei 1984 werd de 86 GHz spectraallijn emissie van de Siliciummonoxide (SiO) maser in Orion waargenomen met een gekoelde Schottsky ontvanger voor 3 mm golflengtes. In oktober 1985 werd een röntgenstraling uitbarsting van de micro-quasar Cyg X-3 waargenomen op 90GHz (3 mm) en 226 GHz (2 mm). In november 1988 werden tests uitgevoerd met ontvangers voor 0,8 mm golflengte (350 GHz) waarbij voor het eerst gelijktijdig op verschillende golflengtes werd waargenomen.
Eind de jaren 1980, ontwikkelden radio astronomen op het IRAM hoofdkwartier in Grenoble nieuwe spectroscopie instrumenten voor de Nasmyth focus van de MRT. Bovendien werd de precisie van de oppervlakte van de 30 m schotel verhoogd tot 55 micrometer, en werd de beam-switching waarnemingstechniek verfijnd om de invloed van atmosferische storingen te minimaliseren. De MRT lag aan de basis van de ontwerpen voor de 40 m radio telescoop te Yebes in Spanje (juni 2007) en de 50 m LMT (Large Millimeter Telescope) op de 4600 m hoge Cerro La Negra in Mexico (juni 2011).
De 30m MRT radio telescoop is opgebouwd uit 420 Aluminium panelen op stalen schotel frame waarrond een isolerende laag werd geplaatst. De 2 m primaire focus werd vervaardigd uit koolstofvezel versterkte kunststof. MRT werkt op een alt-az montering en beschikt over instrumenten op de Nasmyth focus bovenin het betonnen voetstuk. De 30m Millimeter Radio Telescoop kan waarnemingen verrichten van 3 mm tot 0,8 mm (90 GHZ – 370 GHz) en het antenne omhulsel kan worden verwarmd om ’s winters ijsafzetting te voorkomen. Het IRAM gebouw bevat de controlekamer, bibliotheek, keuken en slaapvertrekken voor 12 personen. (Bron: Philip Corneille)
Dankzij revolutionaire computer technologie blijft de 30 m MRT de meest veelzijdige radio telescoop voor waarnemingen van 3 mm tot 0,8 mm (80 GHz – 370 GHz). In januari 2013 kondigde IRAM de ontdekking aan van Formamide (NH2CHO) in het gas rond de Rho Ophiuchi nevel in het sterrenbeeld Slangendrager op 400 lichtjaren van de Aarde. Deze ontdekking kan aanwijzigingen geven inzake het ontstaan van leven in het universum. Astrochemie en millimeter moleculaire spectroscopie zijn uitgegroeid tot belangrijke takken binnen de (Europese) sterrenkunde, waarvan de wetenschappelijke gemeenschap veel verwacht in het nieuwe millennium!
Reageer