Op 14 mei 2009 werd vanop de Europese ruimtehaven in Kourou, Frans-Guyana, de Herschel Space Observatory gelanceerd. Herschel was op dat moment het grootste infrarode ruimte-observatorium dat ooit gebouwd werd. Het observatorium was ook gekend als de 'Infrared and Sumillimeter Telescope (FIRST) maar deze Europese ruimtetelescoop werd uiteindelijk genoemd naar de Britse sterrenkundige William Herschel die in 1781 wereldberoemd werd door zijn ontdekking van de planeet Uranus.
Extreem koel
Herschel had een gewicht van 3 300 kilogram en werd gebouwd onder leiding van Thales Alenia Space. Daarnaast waren ook EADS Astrium en nog eens bijna honderd bedrijven uit Europa betrokken bij de bouw van deze revolutionaire ruimtetelescoop. De 7,5 meter lange ruimtetelescoop werd uitgerust met een 3,5 meter diameter grote hoofdspiegel die een gewicht heeft van amper 270 kilogram. Door het gebruik van uiterst lichte materialen kon men het gewicht van de hoofdspiegel beperken. De telescoop zelf aan boord van Herschel is een Ritchey-Chrétien telescoop. De uiterst lichte spiegel was echter niet genoeg voor de observaties waarvoor Herschel ontworpen werd en hierdoor werd het observatorium ook voorzien van drie wetenschappelijke instrumenten. Zo waren de Photodetector Array Camera and Spectrometer (PACS) en Spectral and Photometric Imaging Receiver (SPIRE) camera's en was het Heterodyne Instrument for the Far Infrared (HIFI) een spectrometer. Deze instrumenten moesten tot -271,15°C gekoeld worden aangezien de ruimtetelescoop op deze manier straling kon waarnemen van de koudste en verste objecten uit het heelal in golflengten die nooit eerder werden verkend.
De apparatuur van deze instrumenten werd extreem gekoeld aangezien hun eigen warmtestraling de observaties zou belemmeren. Ingenieurs slaagden hierin door de instrumenten van Herschel in te pakken in een cryostaat (reservoir) waarin zich ruim 2 300 liter vloeibaar helium bevond. Dit helium zorgde voor superkoeling. Aangezien het helium langzaam verdampte, had Herschel een beperkte levensduur van maximaal vier jaar. Vanop Aarde is infrarode sterrenkunde heel beperkt. Als infrarode ruimtetelescoop was Herschel dan ook uitermate geschikt voor het opsporen van ondermeer andere zonnestelsels of het bestuderen van ver verwijderde sterrenstelsels die kort na het ontstaan van het heelal ontstaan zijn. Herschel zou zich dan ook focussen op twee domeinen. Zo zou de ruimtetelescoop grote wolken van gas en stof in kaart brengen en keek hij naar de evolutie van sterrenstelsels.
Unieke positie
De 3,3 ton zware Herschel ruimtetelescoop werd op 14 mei 2009 samen het Planck observatorium in de ruimte gebracht door middel van een krachtige Europese Ariane 5 ECA draagraket. Deze historische lancering was meteen ook de 30ste missie van een Ariane 5 raket. Planck had een gewicht van 1,4 ton en moest de meest gedetailleerde waarnemingen van de kosmische achtergrondstraling maken. Hierdoor moest Planck astronomen helpen met vragen over het ontstaan en de evolutie van het heelal aangezien de achtergrondstraling door de meeste kosmologen wordt aanzien als het beste bewijs voor de 'Big Bang'. Herschel en Planck werden na hun lancering tot op het Lagrangepunt L2 gebracht. In een systeem waar twee hemellichamen rond een gemeenschappelijk zwaartepunt draaien, zijn er vijf zogenaamde 'Lagrangepunten'. Drie van deze punten bevinden zich op de verbindingslijn tussen de twee hemellichamen. Voordeel van deze punten is dat een ruimtetuig in een Lagrangepunt een relatief vaste positie kan aannemen ten opzichte van de twee hemellichamen. L2 bevindt zich op de as Aarde-Zon en bevindt zich op 1,5 miljoen kilometer van de Aarde. Vanuit deze unieke positie hadden Herschel en Planck de Zon, de Aarde en de Maan in hun rug waardoor storingen minimaal werden.
Belangrijke ontdekkingen
Een van de belangrijkste ontdekkingen met de Herschel ruimtetelescoop was dat stervorming in onze Melkweg sterk georganiseerd plaatsvindt langs filamentachtige structuren in moleculaire wolken. Kleine verdichtingen langs deze filamenten blijken vaak de geboorteplaatsen van nieuwe sterren. Dit gaf een fundamenteel inzicht in hoe interstellair gas en stof samentrekt en sterren vormt. Herschel bracht ook het verre universum in kaart, door duizenden verre sterrenstelsels te detecteren die vaak volledig verborgen zijn in stof. Hierdoor werd duidelijk dat de meeste stervorming in het vroege heelal niet zichtbaar was in optische golflengten, en dat veel sterrenstelsels zich zeer snel en efficiënt ontwikkelden kort na de oerknal. Een andere belangrijke ontdekking betrof water in het heelal. Herschel detecteerde waterdamp en waterijs in stervormingsgebieden, protoplanetaire schijven en kometen, en toonde bijvoorbeeld aan dat kometen een mogelijke bron zijn van het water op aarde. Daarnaast observeerde Herschel hoe oude sterren en supernova’s kosmisch stof produceren, dat later weer gebruikt wordt bij de vorming van nieuwe sterren en planeten. Binnen ons zonnestelsel leverde Herschel nieuwe inzichten in de thermische eigenschappen van planeten, manen, kometen en Kuipergordelobjecten. Zo werden waterdampgeisers op de Saturnusmaan Enceladus waargenomen, en werd de samenstelling van de atmosfeer van Uranus en enkele dwergplaneten beter in kaart gebracht.
zich ongeveer 700 pas gevormde sterren bevinden - Foto: ESA/SPIRE/PACS
Gepland einde
De missie van de Herschel-ruimtetelescoop eindigde op een gecontroleerde en geplande manier in het voorjaar van 2013. Herschel werkte met vloeibaar helium om zijn instrumenten extreem sterk te koelen tot slechts enkele graden boven het absolute nulpunt. Die koeling was essentieel voor het uitvoeren van infraroodwaarnemingen, omdat de detectoren anders te veel warmte van zichzelf zouden registreren. Na bijna vier jaar in de ruimte raakte het koelmiddel langzaam maar zeker op. Op 29 april 2013 meldde ESA officieel dat het vloeibare helium volledig was opgebruikt. Zonder deze koeling konden de drie wetenschappelijke instrumenten niet langer functioneren, en daarmee kwam de wetenschappelijke missie van Herschel tot een einde. Kort daarna werd de telescoop naar een stabiele, veilige baan rond het Lagrangepunt L2 gebracht, op ongeveer 1,5 miljoen kilometer van de aarde. Daar werd hij uitgeschakeld, zodat hij geen gevaar zou vormen voor toekomstige missies. De missie had oorspronkelijk een geplande duur van ongeveer drie jaar, maar Herschel functioneerde uiteindelijk bijna vier jaar, wat als een groot succes werd beschouwd. Hoewel de telescoop zelf niet meer actief is, blijft de enorme hoeveelheid gegevens die tijdens de missie verzameld werd een belangrijke bron voor astronomisch onderzoek. Wetenschappers gebruiken de data nog steeds om nieuwe ontdekkingen te doen over stervorming, het interstellaire medium en verre sterrenstelsels. Hiermee leeft de erfenis van Herschel voort, lang nadat de telescoop zelf zijn werk heeft beëindigd.
Belgische bijdrage aan de Herschel ruimtetelescoop
België speelde een actieve rol in het instrumentenconsortium van Herschel, vooral bij de ontwikkeling en exploitatie van de drie wetenschappelijke instrumenten aan boord: HIFI, PACS en SPIRE. Zo waren Belgische onderzoekers betrokken bij de ontwikkeling en kalibratie van onderdelen van deze instrumenten, en later bij de analyse van de waarnemingen. Daarnaast leverden onderzoekers uit Belgische universiteiten en federale onderzoeksinstellingen ook bijdragen aan de astrofysische onderzoeksprogramma’s van Herschel, met name op het gebied van sterformatie, interstellaire materie, en kosmische stofprocessen. De belangrijkste Belgische wetenschappelijke partners waren:
- Katholieke Universiteit Leuven (KU Leuven): actief binnen de PACS- en HIFI-consortia, met expertise in infraroodastronomie en data-analyse
- Université de Liège (ULiège): betrokken bij spectroscopisch onderzoek en kalibratie van instrumentdata
- Koninklijke Sterrenwacht van België (KSB): leverde expertise op het vlak van astrofysische modellering en de verwerking van ruimtegegevens.
België leverde ook cruciale elektronische subsystemen en componenten voor de wetenschappelijke instrumenten van Herschel. Zo ontwikkelde en produceerde Thales Alenia Space Belgium voedings- en elektronische besturingseenheden voor de instrumenten aan boord van Herschel, in het bijzonder voor PACS (Photodetector Array Camera and Spectrometer). Het Centre Spatial de Liège (CSL) was dan weer verantwoordelijk voor kalibratiecampagnes en het testen van instrumenten en subsystemen op de grond. het Centre Spatial de Liège speelde tevens ook een belangrijke rol in de thermische testen en validatie van optische componenten, dankzij hun gespecialiseerde testfaciliteiten voor cryogene omgevingen.
