Lofar Kielwindeweer

2.2 LOFAR

De radiosterrenkunde is in de jaren dertig van de twintigste eeuw begonnen bij lage frequenties (de eerste waarnemingen van radiostraling van onze Melkweg vonden plaats bij 20,5 MHz). Al snel daarna is de aandacht verschoven naar kortere golflengten (overeenkomend met frequenties van circa 1.000 MHz en hoger). Dit bleek nodig, omdat de aardse atmosfeer (en met name de hoogste lagen, ook wel aangeduid als ionosfeer) een te grote belemmering vormde voor het maken van scherpe beelden bij langere golflengten. Ondanks deze complicaties zijn er in de loop der jaren diverse telescopen geweest die een voorzichtige verkenning van dit deel van het radiospectrum hebben kunnen verrichten. Toch moet men concluderen dat de laagfrequente radiosterrenkunde qua gevoeligheid en beeldscherpte een factor 10 à 100 achter loopt op wat in andere takken van de radiosterrenkunde nu mogelijk is.

LOFAR zal waarnemen in het gebied van 10 MHz tot 250 MHz aan weerszijden van de bekende FM-radiofrequenties. De radiotelescoop is honderdmaal gevoeliger dan de bestaande telescopen en de radiotelescoop zal beelden leveren die honderdmaal scherper zijn dan de beelden die alle voorgaande telescopen in dit frequentiegebied konden produceren.

Het belangrijkste voordeel van deze digitale aanpak is wellicht de grote mate van flexibiliteit die zal leiden tot nieuwe soorten waarnemingen die met de huidige telescopen onmogelijk zijn. Zo zal LOFAR simultaan in meerdere richtingen kunnen 'kijken' en wordt het in principe mogelijk om de hele hemel continu in kaart te brengen.

LOFAR zal naar verwachting de eerste telescoop zijn die signalen kan waarnemen van de eerste sterren en melkwegstelsels die in het vroege heelal zijn ontstaan. Het waarnemen van deze zeer zwakke signalen stelt hoge eisen aan de te bouwen telescoop en de grote hoeveelheid software die nodig is om de apparatuur te besturen en om alle gegevens te verwerken en correct te interpreteren. Daar staat tegenover dat deze waarnemingen zeer belangrijke informatie zullen geven over de vorming van sterren en sterrenstelsels.

LOFAR zal een grote rol gaan spelen op een gebied waar Nederlandse sterrenkundigen een lange traditie hebben: het systematisch in kaart brengen van grote aantallen zwakke radiobronnen. In combinatie met de informatie die op andere golflengten wordt verzameld, onder andere met de telescopen zoals de Very Large Telescope van de Europese zuidelijke sterrenwacht in Chili en de bekende Westerbork telescoop, zullen de LOFAR-gegevens extra waardevol zijn en hiaten in waarnemingen opvullen.

Naast nieuwe waarnemingen van soms al bekende bronnen is te verwachten dat LOFAR ook veel nieuwe verschijnselen aan het licht zal brengen. Omdat LOFAR een groot deel van de hemel continu in de gaten houdt, kan het ook zelfstandig grote aantallen onbekende variabele radiobronnen ontdekken.

De studie van straling uit het heelal bevindt zich op het raakvlak van de sterrenkunde en de hoge energie fysica. Ook hier zijn voor LOFAR interessante toepassingen te vinden. Zo zal een groot aantal antennes worden uitgerust met een mogelijkheid om de radioflits waar te nemen die ontstaat wanneer een kosmisch stralingsdeeltje botst op atomen in de aardse atmosfeer.

Behalve in de radiosterrenkunde biedt LOFAR tevens mogelijkheden voor onderzoek op aangrenzende terreinen. Over dezelfde ionosfeer die decennia lang waarnemingen op LOFAR's frequenties ernstig bemoeilijkte, wordt veel informatie verkregen. Ook kan LOFAR, in combinatie met een radarzender die mogelijk in het zuiden van Zweden wordt gebouwd, voorspellingen doen van zonnestormen. Dat zijn enorme gasexplosies op de zon die miljarden tonnen gas de ruimte in werpen. Eenmaal aangekomen bij de aarde zijn deze stormen onder andere verantwoordelijk voor het Noorderlicht en kunnen ze enorme schade aanrichten aan satellieten en elektriciteitsnetwerken. Bovendien kunnen ze de draadloze radiocommunicatie verstoren.

Het geavanceerde netwerk van glasvezels kan naast sterrenkundige informatie ook andere wetenschappelijke signalen vervoeren. Zo zal het LOFAR-netwerk ook worden gebruikt voor een langdurige seismische studie (signalen uit de diepere aardlagen) met behulp van geofoons. De geofoons gebruiken dan de natuurlijke activiteit van de aarde als 'geluidsbron'. Zo kunnen bodemverzakking en seismische activiteit, die het gevolg zijn van bijvoorbeeld de aardgaswinning, in kaart worden gebracht. Ook kan het LOFAR-netwerk voor landbouwkundig onderzoek worden gebruikt. Door veel verschillende sensoren te koppelen aan het LOFAR-netwerk, kan een beter inzicht worden verkregen in de groeiomstandigheden van gewassen. Te verwachten is dat er nog meer toepassingen zullen komen die aansluiting op het LOFAR-netwerk zoeken. Te denken valt aan meteorologisch onderzoek, windvoorspelling, milieumonitoring en verkeersmonitoring. Dat betekent dat er vele soorten sensoren aan het netwerk zullen worden gekoppeld.

De ontwikkeling van dit netwerk en de digitale rekenmethodes hebben een zeer innovatief karakter en zijn onder andere ook van belang voor de ICT.

De door de antennes opgevangen signalen worden eerst lokaal bij de stations verwerkt, waarna ze over een glasvezelnetwerk worden verzonden naar een centrale plek waar de supercomputer de gegevens verder verwerkt. De supercomputer staat in het rekencentrum in Groningen en is een van de krachtigste van de wereld. De supercomputer staat via het internet in verbinding met sterrenkundigen overal ter wereld, die de voortgang van hun waarnemingen direct kunnen volgen. Eveneens zullen de eindproducten via het internet de gebruikers bereiken. Een andere toepassing is de opslag van grote aantallen digitale gegevens voor grote instellingen en bedrijven uit oogpunt van veiligheid. Deze 'digitale banken' slaan iedere dag kostbare bedrijfsgegevens op in back-upsystemen, zodat bij een mogelijke crash van systemen geen gegevens verloren gaan. De capaciteit van het LOFAR-netwerk is zodanig dat deze gegevens gemakkelijk kunnen worden getransporteerd.