Waarom het verliezen van Arecibo een groot probleem is voor astronomie

Edgard Rivera-Valentín bezocht het Arecibo Observatorium voor het eerst als klein kind.

“Ik herinner me zeker dit gevoel van gewoon vol ontzag”, zegt Rivera-Valentín. “Kijkend naar deze gigantische telescoop … om te horen over al dit nette werk dat werd gedaan … het laat zeker een indruk achter.” Er was belangrijke wetenschap gaande in de achtertuin van de geboorteplaats van Rivera-Valentín, Arecibo, Puerto Rico – en ooit wilde Rivera-Valentín er deel van uitmaken.

Als volwassene keerde Rivera-Valentín terug naar het observatorium om te werken als planetaire wetenschapper, waarbij hij Arecibo gebruikte om de vormen en bewegingen van potentieel gevaarlijke asteroïden in de buurt van de aarde in kaart te brengen. Nu bij het Lunar and Planetary Institute in Houston, blijft Rivera-Valentín Arecibo-gegevens gebruiken om planetaire oppervlakken te bestuderen. Dus het recente nieuws dat het Arecibo Observatorium zou sluiten, was “hartverscheurend”.

In augustus en november braken onverwacht twee kabels die een 900 ton wegende platform van wetenschappelijke instrumenten boven de schotel van Arecibo ondersteunden. Na beoordeling van de schade kondigde de National Science Foundation, die Arecibo financiert, aan dat de telescoop niet veilig kon worden gerepareerd en zou worden afgebroken (SN: 19/11/20). Maar voordat de telescoop kon worden gedemonteerd, stortte het hele instrumentenplatform op 1 december in de schotel.

Voor Puerto Rico is het verlies van Arecibo hetzelfde als New York dat het Empire State Building verliest, of San Francisco het verlies van de Golden Gate Bridge, zegt Rivera-Valentín – maar met de toegevoegde tragedie dat Arecibo niet alleen een cultureel en historisch icoon was, maar een vruchtbaar onderzoek faciliteit.

“Het verlies van Arecibo is een groot verlies voor de gemeenschap”, zegt Tony Beasley, directeur van de National Radio Astronomy Observatory in Charlottesville, Virginia. “De levenscyclus van Arecibo was echt heel opmerkelijk, en het leverde verbazingwekkende wetenschap op.”

De radarkaarten van het observatorium van de maan en Mars hielpen NASA bijvoorbeeld landingsplaatsen te kiezen voor de Apollo (SN: 1/5/65) en Viking-missies (SN: 17/7/76). En waarnemingen van de asteroïde Bennu hielpen NASA bij het plannen van zijn OSIRIS-REx-missie om een ​​monster uit de ruimterots (SN: 21/10/20). Arecibo-weergaven van Saturnusmaan Titan hebben koolwaterstofmeren op het oppervlak onthuld (SN: 01/10/03).

Buiten het zonnestelsel heeft Arecibo mysterieuze flitsen van radiogolven vanuit de verre ruimte waargenomen, de zogenaamde snelle radioflitsen (SN: 7-2-20), en de verdeling van sterrenstelsels in het universum. Arecibo wordt ook al decennia gebruikt in de zoektocht naar buitenaardse intelligentie (SN: 7-11-1992), en het stuurde het eerste radiobericht naar buitenaardse wezens in 1974 (SN: 23/1174).

In de nasleep van de ineenstorting van Arecibo zal de radioastronomiegemeenschap “moeten kijken naar wat er gaande was in Arecibo en uitzoeken hoe we sommige van die mogelijkheden zo goed mogelijk kunnen vervangen door andere instrumenten”, zegt Beasley.

Maar veel van de mogelijkheden van Arecibo kunnen niet eenvoudig worden vervangen.

“Arecibo was in verschillende opzichten uniek”, zegt Donald Campbell, een astronoom aan de Cornell University en een voormalig directeur van het observatorium. Om te beginnen was Arecibo enorm. Met een diameter van 305 meter – met een oppervlakte van ongeveer 20 hectare – was Arecibo ’s werelds grootste radioschotel vanaf de tijd dat het werd gebouwd in 1963 (SN: 23/11/63) tot 2016, toen China zijn Five-Hundred-Meter Aperture Spherical Telescope, of FAST, voltooide. Met zo’n enorme schotel om radiogolven te verzamelen, kon Arecibo zeer zwakke objecten en verschijnselen zien.

Die ongelooflijke gevoeligheid maakte Arecibo bijzonder goed in het detecteren van moeilijk te spotten objecten, zoals snel draaiende neutronensterren, pulsars genaamd (SN: 1/3/20). Terwijl een pulsar roteert, veegt hij een straal radiogolven door de ruimte als een vuurtoren, die voor de aarde verschijnt als een radiobaken dat aan en uit flikkert.

“Arecibo was de koning” van het spotten van het wispelturige licht van pulsars, zegt Beasley. “Er zal geen eenvoudige oplossing zijn om dat niveau van verzamelgebied te herstellen.” De op een na grootste radioschotel in de Verenigde Staten is de 100 meter brede Green Bank Telescope in West Virginia. Kleinere telescopen hebben mogelijk enkele uren nodig om een ​​doelwit te observeren om voldoende radiogolven te verzamelen voor analyse, terwijl Arecibo slechts enkele minuten duurde.

Behalve zijn gigantische omvang, kon Arecibo ook radiogolven uitzenden. “De meeste radioastronomietelescopen hebben geen zenders”, zegt Campbell. “Ze ontvangen alleen radiogolven uit de ruimte.” Radarzenders lieten Arecibo radiogolven weerkaatsen van gassen in de atmosfeer (SN: 31/01/70), of de oppervlakken van asteroïden en planeten. De gereflecteerde signalen die terugkwamen, bevatten informatie over het doel, zoals grootte, vorm en beweging.

“De krachtige zenders maakten mogelijk wat het oorspronkelijke primaire doel van de telescoop was – de studie van de ionosfeer van de aarde”, zegt Campbell. Het Amerikaanse leger, dat de bouw van Arecibo financierde, wilde de atmosfeer van de aarde beter begrijpen om raketafweer te helpen ontwikkelen (SN: 2/10/68). Maar de radarzenders van Arecibo “werden ook gebruikt om de lichamen van ons zonnestelsel te bestuderen – de planeten, de manen, inclusief onze eigen maan”, zegt Campbell. “Meer recent lag de nadruk op het bestuderen van asteroïden in de buurt van de aarde” die op ramkoers met de aarde zouden kunnen liggen.

Andere grote radioschotels, zoals China’s FAST of de Green Bank Telescope, zijn niet uitgerust met radarzenders. NASA’s Goldstone Deep Space Communications Complex in de Mojave-woestijn heeft een schotel van 70 meter met radarmogelijkheden. Maar Goldstone “wordt zowel als militaire installatie gebruikt als als onderdeel van het Deep Space Network dat met ruimtevaartuigen praat, dus het heeft niet veel tijd”, zegt Rivera-Valentín. “En het is niet zo gevoelig als Arecibo”, dus het kan niet zoveel asteroïden zien.

Zelfs op het moment van zijn ondergang had het Arecibo Observatorium nog “een mooie wetenschappelijke toekomst”, zegt Joan Schmelz, een astronoom bij de Universities Space Research Association in Mountain View, Californië, en een voormalig adjunct-directeur van het observatorium. “Het rustte niet alleen op zijn lauweren.” Arecibo was bijvoorbeeld een sleutelfaciliteit voor het lopende NANOGrav-project, dat observaties van pulsars gebruikt om te zoeken naar rimpelingen in de ruimtetijd die worden veroorzaakt door superzware zwarte gaten (SN: 24-09-15).

De observatiedagen van Arecibo zijn misschien voorbij, maar dat betekent niet dat de gegevens van de telescoop niet meer bijdragen aan de wetenschap, zegt Schmelz. Enkele van de meest opwindende ontdekkingen van de radioastronomie zijn voortgekomen uit de heranalyse van oude telescoopgegevens (SN: 25-7-14). “Mensen zullen Arecibo-gegevens nog een tijdje analyseren”, zegt ze, “en hopelijk zullen we nieuwe wetenschappelijke resultaten zien als die gegevens worden geanalyseerd en gepubliceerd.”