Spiegeltje, spiegeltje…

Astronomen bedenken snellere en goedkopere meetmethode

Door Bart Braun

Met superweerkaatsende spiegels bepalen Leidse sterrenkundigen de samenstelling van gaswolken in de ruimte. De snellere en goedkopere methode is min of meer bij toeval ontdekt. ‘Juist fundamenteel onderzoek kan ineens tot nieuwe toepassingen leiden.’

Stelt u zich voor: een marathon met duizend deelnemers, door onbekend terrein. Na tien kilometer loopt het parcours door een dorpje, en als de rennende meute het dorpje verlaat, blijkt dat alle vrouwelijke deelnemers in het dorp zijn gebleven. Bij het volgende dorpje komen er ook minder hardlopers uit dan erin gingen: alle mannen met gele shirtjes blijven achter. Je weet niet precies wat er is gebeurd, maar er is iets aan de hand in die plaatsen. De renners die niet naar buiten komen, geven je informatie over de aard van de dorpjes. Absorptie-spectroscopie werkt eigenlijk net zo: er gaat licht door een wolkje moleculen, en dan komen niet alle kleuren licht even goed door. De golflengtes die niet doorkomen, vertellen iets over de samenstelling van het spul dat je wilt onderzoeken.Die aanpak heeft een aantal voordelen: je kunt het ook doen als het spul gevaarlijk is, want je hoeft er geen meetapparatuur in te steken. De truc werkt ook als je lichtbron en wolk heel ver weg staan: sterrenkundigen gebruiken absorptie-spectroscopie om de samenstelling van gaswolken in de ruimte te meten: het licht komt dan van sterren.En net zoals onduidelijk is wat er nou precies in de dorpjes van onze marathonroute gebeurt, is ook het licht dat door de ruimtewolken komt mysterieus. Sommige ontbrekende kleuren zijn makkelijk te herleiden tot bepaalde moleculen, en daardoor weten we al een tijdje dat de wolken in de ruimte vooral uit waterstofgas bestaan. Andere kleuren licht zijn lastiger te verklaren, vandaar dat het groot nieuws was toen Leidse sterrenkundigen vorige week aankondigden dat ze een bepaald soort suiker hadden aangetroffen in een stofwolk rond een jonge, zonachtige ster. Van andere patronen valt alleen te zeggen dat ze niet overeenkomen met stoffen die we hier op aarde kennen, en dat was het.Om erachter te komen wat die patronen veroorzaakt, maakt de Leidse astronoom prof. dr. Harold Linnartz al jaren zijn eigen ruimtewolkjes, in een laboratorium op de vijfde verdieping van het Huygens. Hij gooit chemische stoffen bij elkaar, treitert ze net zolang tot de omstandigheden lijken op die in de ruimte, en dan gebruikt hij absorptie-spectroscopie om het zogeheten plasma te onderzoeken dat zo ontstaat.De standaardmethode daarvoor bestaat al sinds 1988 en maakt gebruik van een externe lichtbron. Een laser, of een ledlamp, waarvan je heel precies weet wat voor licht ‘ie uitzendt. Samen met zijn postdocs Anton Walsh en Dongfeng Zhao staat Linnartz deze week in het vaktijdschrift Applied Physics Letters, met een nieuwe variant op de zogeheten caviteitsversterkte absorptie-spectroscopie waar het drietal hoge verwachtingen van heeft. In plaats van een peperdure laser in te zetten, gebruiken de onderzoekers het licht van het plasma zelf. Hun proefopstelling bevat twee superweerkaatsende spiegels die 99,99 procent van het licht dat erop valt reflecteren. Het licht stuitert zo tienduizenden keren op en neer tussen de spiegeltjes, behalve dan die frequenties van het licht die door het plasma worden geabsorbeerd. Die kleuren licht worden nauwkeurig genoteerd en vergeleken met de kleuren licht die ontbreken in het sterrenlicht dat op aarde aankomt. De methode werkt veel sneller en goedkoper dan meten met lasers. De meting is ook iets minder nauwkeurig; de resolutie is lager. Maar dat is niet zo heel erg belangrijk zolang je resolutie maar net zo hoog is als van de telescoopmetingen aan ruimtegolven.De aanpak werkt niet alleen voor plasma’s, maar voor alles wat licht geeft. En het mooie is: vrijwel alles geeft licht, als je het maar heet genoeg maakt. Linnartz: ‘Je zou er monsters mee kunnen analyseren; bijvoorbeeld om heel nauwkeurig te onderzoeken hoe ongewenste gassen ontstaan in een verbrandingsmotor, of hoe je het productieproces van computerchips kunt optimaliseren.’ Uiteindelijk willen de Leidenaars de truc ook toepassen op niet-lichtgevende materialen; de beursaanvraag is al de deur uit.Dus Linnartz, Walsh en Zhao gaan binnenkort rentenieren dankzij de patenten die ze hebben vastgelegd? Neen. Wie zelf aan de zogeheten Cavity Enhanced Plasma Self-Absorption Spectroscopy wil doen, kan in hun artikel nalezen hoe dat moet, en het straffeloos imiteren. ‘Ik ben allang blij als we contacten kunnen leggen met het bedrijfsleven, en samen kunnen werken in het onderzoek, bijvoorbeeld door promovendi uit te wisselen’, aldus Linnartz.De hoogleraar verzucht: ‘De overheid wil het liefst toegepaste wetenschap, en stimuleert dat ook via bijvoorbeeld het topsectorenbeleid – dat geld wegtrok dat eerst naar fundamenteel onderzoek ging. Maar vaak komt een toepassing ineens voort uit fundamenteel onderzoek. De transistor, bijvoorbeeld, of de laser. Juist dat fundamentele onderzoek geeft je de tools om ineens met een toepassing te komen. In de wetenschap zet je geld om in kennis. In de industrie is het juist andersom: je stopt kennis erin en krijgt geld ervoor terug. Maar om dat geld te verdienen moet je wel eerst kennis hebben. Die twee hebben elkaar gewoon heel hard nodig.’

Deel dit bericht: