Afgelopen nacht is het ESA-ruimtevaartuig LISA Pathfinder in tweede instantie gelanceerd. Honderd jaar na de geboorte van de algemene relativiteitstheorie bereidt de ruimtemissie Einsteins theorie voor op de ultieme test: bestaan zwaartekrachtsgolven? New Scientist was aanwezig bij de lancering.
De timing is, relatief gezien, perfect. Het ruimtevaartuig LISA Pathfinder van het Europese ruimtevaartinstituut ESA stijgt op vanaf Kourou in Frans Guyana op 3 december om vier over één ’s nachts, lokale tijd. Dat is een dag later dan gepland, vanwege een technisch probleem met de Vega-raket die het vaartuig in een baan om de aarde bracht.
Hierdoor mist de missie op een haar na de honderdste verjaardag van de publicatie van Einsteins algemene relativiteitstheorie – waarin de voorspellingen staan die wetenschappers hopen te testen met instrumenten zoals die aan de boort van LISA Pathfinder.
Thomas Hertog werkte samen met Stephen Hawking en onderzoekt de oerknal
Tijd en natuurwetten zijn voortgekomen uit de oerknal, in een chaotisch proces van toevalligheden, zegt theoretisch natuurkun ...
Maar de wetenschappers betrokken bij de missie offeren deze datum met veel plezier op voor een risicovrije lancering. ‘We hebben honderd jaar gewacht op de verjaardag van de door Einstein opgestelde vergelijkingen. Dan kan een extra dag er ook nog wel bij’, zegt Paul McNamara, een bij het project betrokken ESA-onderzoeker.
Zwaartekrachtsgolven
De missie is onderdeel van het grootschalige Europese project eLISA, waar via ruimteonderzoeksinstituut SRON meerdere Nederlandse onderzoekers bij betrokken zijn. LISA Pathfinder neemt twee 46 millimeter grote kubusjes van een goudlegering mee en laat die los in een vrije val binnen in het ruimtevaartuig, geïsoleerd van alle externe krachten behalve de zwaartekracht. Het doel hiervan is om te laten zien dat we de positie van de twee blokjes met buitengewone nauwkeurigheid kunnen meten, waarbij afwijkingen zo klein als een miljardste van een millimeter worden opgemerkt. Als dit slaagt, wordt het mogelijk om zwaartekrachtsgolven te detecteren: zwakke rimpels in de ruimtetijd die, volgens Einstein, voortkomen uit de interactie tussen zware objecten zoals neutronensterren en superzware zwarte gaten.
Handige locatie
Sinds de oprichting in 1975 lanceert ESA al satellieten vanuit deze door Frankrijk bestuurde uithoek in Zuid-Amerika. Doordat de lancering in de buurt van de evenaar plaatsvindt, krijgen raketten extra snelheid mee door de draaiing van de aarde. Een andere handigheid van de locatie is dat die in het noorden en oosten aan zee ligt, waardoor er in twee richtingen gelanceerd kan worden. ‘Kourou is een geweldige plek voor het lanceren van satellieten’, zegt McNamara.
Het Guyana Space Centre is enorm. De gebouwen en lanceerplatforms liggen te midden van 700 vierkante kilometer bos, bewoond door apen, jachtluipaarden, luiaards en andere beesten. Ook is het een lanceerplek voor meer dan de helft van alle commerciële satellieten die om de aarde cirkelen.
‘Zoals altijd, is er nog steeds spanning’
Ik voeg me bij een groep van ongeveer veertig wetenschappers die aan de missie meewerken. Ze komen bij elkaar voor de lunch op de geplande lanceringsdag als Gaele Winters, de ESA-directeur die de scepter zwaait over draagraketten, het nieuws over de vertraging brengt. Tijdens de lunch op de volgende dag, juichen ze als hij aankondigt: ‘Vannacht lanceren we!’
Sommige berekeningen hadden uitgewezen dat gedurende de laatste fase van de lancering een onderdeel van de motor een te lage temperatuur zou kunnen krijgen. Technici van Avio, de Italiaanse fabrikant van de Vega-raket, namen de gegevens onder de loep en stelden de missieleiders gerust met de mededeling dat de raket zelfs onder nog koudere omstandigheden gewoon zou blijven werken.
Het enige punt van twijfel dat de lancering nog in gevaar kon brengen, is het weer. Er is kans op onweersbuien voorspeld. ‘Zoals altijd, is er nog steeds spanning’, zei Stéphane Israël, voorzitter en CEO van het bedrijf Arianespace dat lanceringen begeleidt.
Tot ieders geluk blijkt de atmosfeer tegen de tijd van lancering bewolkt doch kalm. In de controlekamer zitten ongeveer vijftig medewerkers voor een groot scherm met klokken en panelen die de status van de draagraket laten zien. Achter ze, kijkend door glazen wand, heeft zich een publiek van wetenschappers, technici en bobo’s verzameld. Terwijl de laatste voorbereidingen worden afgerond, blijven de panelen op het scherm op groen staan.
Vanaf het buitengelegen terras zijn de lichten van het Vega-lanceerplatform van elf kilometer afstand te zien. Op het moment dat het aftellen de nul bereikt, verlicht een heldere gloed de kruinen van de bomen en de onderkant van de wolken. Terwijl hij opstijgt, doorklieft de raket al snel het wolkendek, maar laat hij zich door openingen nog af en toe zien terwijl hij in oostelijke richting boven de Atlantische Oceaan vliegt. Na ongeveer dertig seconden verspreidt een laag geroffel zich door de controlekamer, als ware het een voorbode van de zwaartekrachtsgolven die LISA’s gouden kubusjes zullen laten trillen.
Drie trappen van de Vega-raket raken door hun brandstof heen en koppelen zich los zoals gepland in de eerste zeven minuten van de vlucht. De laatste trap scheidt zich een uur en drie kwartier na de lancering, waarna de controlekamer kort daarop bevestigt dat het ruimtevaartuig een stabiele, op de zon gerichte baan om de aarde heeft bereikt. Pas dan kan het team de succesvolle lancering vieren.
Beschaafd applaus
In plaats van het uitzinnige gejuich bekend van in films getoonde controlekamers, wordt het moment begroet met een beschaafd applausje, de duimen omhoog en een enkele handdruk. De missieleiders geven toespraken waarin ze de enorme gezamenlijke inspanning tussen de aan ESA verbonden landen, instituten en bedrijven prijzen. Dan verplaatst het team zich naar buiten voor een feestelijke rumcocktail in de warme nachtlucht. ‘Het is tamelijk onwerkelijk om dit voor je ogen te zien gebeuren, nadat je er zo lang aan hebt gewerkt’, zegt McNamara. ‘Het ging allemaal zo snel. Ik wil het nog een keer zien!’
Gedurende de volgende twaalf dagen zal een team van het European Space Operations Centre in Darmstadt in Duitsland de LISA Pathfinder door zes complexe manoeuvres loodsen om hem in een wat wijdere elliptische baan te brengen. Met de laatste stoot van zijn voorstuwingsmodule zal hij in zes weken naar het zogeheten Lagrangepunt L1 reizen, waar het evenwicht tussen de aantrekkingskracht van de aarde en de zon het apparaat in een stabiele positie houdt.
‘Einstein geloofde niet dat dit ooit mogelijk zou zijn’
Het volgende zenuwachtige moment zal zich afspelen op 15 februari, wanneer de pinnen die de kubusjes op hun plaats houden, intrekken en ze in een vrije val doen belanden. ‘Het loslaten van de testgewichtjes kun je vergelijken met een tweede lanceringscampagne’, zegt hoofdonderzoeker Stefano Vitale van de Universiteit van Trento in Italië. ‘Je laat ze los in een vrije val en vanaf dat moment kan niets de testgewichtjes meer aanraken.’ Als alles volgens plan verloopt, kan het wetenschappelijke werk op dat moment in hun afgelegen laboratorium beginnen. ‘Deze twee dagen gaan veel mensen grijze haren opleveren’, zegt McNamara.
De ESA heeft al besloten door te gaan met een toekomstige missie om een zwaartekrachtsgolfobservatorium te bouwen, met het gebruik van gewichten in vrije val zoals die in de LISA Pathfinder, maar dan op een grotere schaal. Wanneer dat precies gaat gebeuren, is nog onzeker, maar dat zou duidelijker moeten worden in de komende drie of vier jaar. ‘Het is een kwestie van technologie en budget’, zegt Alvaro Gimenez, directeur bij ESA op het gebied van wetenschap en robotonderzoek.
Missies zoals deze, een fundamenteel natuurkunde-experiment, zijn moeilijker te verkopen dan koomeetlandingen en andere verkenningsprojecten, zegt Gimenez. Maar hij gelooft dat beide even belangrijk zijn. ‘Niet alles draait om het gaan naar een onbekende plek en uitvinden hoe het daar is. Natuurlijk is dat belangrijk, maar in dit geval poeren we met onze vingers echt in de natuurkundewetten die de grondslagen vormen van het gedrag van het universum’, zegt hij.
Ze mogen dan misschien Einsteins verjaardag hebben gemist, maar hij zou zonder twijfel met veel plezier hebben gezien hoe Europese wetenschappers zijn gedachte-experiment werkelijkheid hebben gemaakt. ‘Ik denk dat hij hier vrolijk van zou worden’, zegt Vitale. ‘Hij geloofde niet dat dit ooit mogelijk zou zijn.’
Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief.
Meer lezen: