Anil Ananthaswamy: Wat er nodig is om aan extreme astrofysica te doen.

Ik zou vandaag willen praten over wat ik zie als een van de grootste avonturen van de mensheid. Dat is de zoektocht naar het begrijpen van het heelal en onze plaats erin. Mijn eigen belangstelling voor dit onderwerp, en mijn passie ervoor kwam eerder toevallig. Ik had een exemplaar van dit boek gekocht: "Het universum en Dr Einstein" - een gebruikte paperback van een tweedehands boekenwinkel in Seattle. Een paar jaar later, in Bangalore, kon ik op een avond moeilijk de slaap vatten. Ik pakte dit boek met het idee dat ik er in 10 minuten van in slaap zou vallen. Maar ik las het van middernacht tot vijf uur in de ochtend in een ruk uit. Het gaf me dit intense gevoel van ontzag en vreugde om het heelal en ons eigen vermogen om er zo veel van te begrijpen. Dat gevoel heeft me nog altijd niet verlaten.

Dat gevoel was voor mij de aanzet om te veranderen van carrière - om van software-ingenieur wetenschapsschrijver te worden. Zo kon ik deelhebben aan de vreugde van de wetenschap, en ook de vreugde om ze naar anderen te communiceren. Door dat gevoel begon ik aan een soort pelgrimstocht letterlijk naar de uiteinden van de aarde om telescopen en detectoren te gaan bekijken. Instrumenten die mensen bouwen, of hebben gebouwd, voor het onderzoek van de kosmos in steeds fijner detail. Het bracht me van plaatsen als Chili - de Atacama woestijn in Chili - naar Siberië, de ondergrondse mijnen, in de Japanse Alpen, in Noord-Amerika, helemaal naar Antarctica tot zelfs naar de Zuidpool.

De beelden en verhalen van vandaag gaan over deze reizen. Ik ben de laatste jaren in principe bezig geweest met het documenteren van de inspanningen van een aantal zeer onverschrokken mannen en vrouwen die letterlijk keer op keer hun leven op het spel zetten, door op sommige zeer afgelegen en zeer vijandige plekken te werken. En dat om voor ons de zwakste signalen uit de kosmos op te vangen om zo dit universum beter te begrijpen.

Ik begin met een cirkeldiagram. Ik beloof dat dit het enige cirkeldiagram wordt in de hele presentatie. Maar het stelt de stand van onze kennis van de kosmos voor. Alle theorieën in de natuurkunde die we vandaag hebben leggen goed uit wat normale materie wordt genoemd - het spul waar we allemaal van gemaakt zijn - dat is vier procent van het heelal. Astronomen, kosmologen en natuurkundigen denken dat er nog iets, dat we donkere materie heten, in het heelal is te vinden. Die neemt 23 procent van het heelal voor haar rekening. En nog iets genaamd donkere energie, die het weefsel van ruimte-tijd doordringt, en staat voor de overige 73 procent. Dus als je kijkt naar dit cirkeldiagram, is 96 procent van het heelal op dit punt in onze verkenning ervan, onbekend of niet goed begrepen. De meeste van de experimenten en telescopen waar ik ging naar kijken houden zich op de een of andere manier bezig met dat tweelingmysterie van donkere materie en donkere energie.

Ik toon jullie eerst een ondergrondse mijn in Noord-Minnesota waar mensen op zoek zijn naar die zogenaamde donkere materie. Het idee hier is dat ze op zoek zijn naar een signaal van donkere-materiedeeltjes die een van hun detectoren raken. De reden waarom ze ondergronds moeten gaan is dat, als je dit experiment op het oppervlak van de Aarde zou doen, het overspoeld zou worden door signalen afkomstig van dingen als kosmische straling, omgevingsradioactiviteit, zelfs van onze eigen lichamen. Je zou het niet geloven, maar zelfs ons eigen lichaam is radioactief genoeg om dit experiment te verstoren. Diep in de mijnen vinden ze een soort van milieustilte die hen in staat zal stellen om de 'ping' van een donkere-materiedeeltje in hun detector te horen.

Ik ging naar een van deze experimenten kijken, en dit is het - je ziet nauwelijks iets, omdat het daar beneden helemaal donker is. Dit is een door mijnwerkers in 1960 verlaten grot. Natuurkundigen begonnen ze ergens in de jaren '80 te gebruiken. De mijnwerkers werkten in het begin van de vorige eeuw, letterlijk, bij kaarslicht. Vandaag kan je dit zien in de mijn, op 800 m diepte. Dit is een van de grootste ondergrondse laboratoria in de wereld. En daar zijn ze, onder andere, op zoek naar donkere materie.

Je kan ook op een andere manier zoeken naar donkere materie, maar dan indirect. Als donkere materie in ons universum, in ons melkwegstelsel bestaat, dan moeten deze deeltjes tegen elkaar botsen en andere deeltjes die we kennen produceren - een soort zijn neutrino's. Neutrino's kan je detecteren door het signaal dat ze afgeven wanneer ze watermoleculen raken. Wanneer een neutrino een watermolecuul raakt wordt er blauw licht uitgezonden, een flits van blauw licht, en door op zoek te gaan naar dit blauwe licht, kom je iets te weten over dat neutrino en dan onrechtstreeks iets over de donkere materie dat dit neutrino heeft voortgebracht. Maar je hebt heel, heel grote volumes water nodig om dit te doen. Je hebt tientallen megaton water - bijna een gigaton water - nodig om iets of wat kans te hebben om deze neutrino's te verschalken. Waar ter wereld vind je zo'n massa water? Nou, de Russen hebben een tankvol in hun eigen achtertuin.

Dit is het Baikalmeer. Het is het grootste meer ter wereld. Het is 800 km lang. Het is op de meeste plaatsen ongeveer 40 tot 50 km breed en 1 tot 2 kilometer diep. De Russen bouwen deze detectoren en laten ze dan ongeveer een kilometer onder de oppervlakte van het meer zakken om uit te kijken naar deze flitsen van blauw licht. Dit kreeg ik te zien toen ik daar aankwam. Dit is het Baikalmeer in het midden van de Siberische winter. Het meer is volledig bevroren. De lijn van zwarte stippen, die jullie zien op de achtergrond, is het kamp op het ijs waar de natuurkundigen werken. De reden waarom ze in de winter moeten werken is dat ze het geld niet hebben om in de zomer en de lente te werken. Als ze dat wilden doen dan zouden ze schepen en duikboten moeten hebben om hun werk te doen. Dus ze wachten tot de winter - het meer is dan volledig dichtgevroren - en ze gebruiken deze meterdikke ijskap als een platform waarop zij hun kamp opstellen en hun werk doen.

Dit zijn de Russen aan het werk op het ijs in het midden van de Siberische winter. Ze moeten gaten in het ijs boren, in het water duiken - ijskoud water - om het instrument boven te halen en eventuele reparaties en onderhoud te verrichten, het daarna terugplaatsen en zorgen dat alles klaar is voordat het ijs smelt. Omdat deze fase van massief ijs slechts twee maanden duurt en het vol scheuren zit. Je moet je voorstellen, daaronder zit een meer dat beweegt als een zee. Ik begrijp nog steeds niet dat die Rus daar aan het werken is met ontbloot bovenlijf. Maar dat geeft je wel een beeld van de hardheid van het werk daar. Dit handvol mensen is daar al 20 jaar aan het werk op zoek naar deeltjes waarvan het niet eens zeker is dat ze bestaan. Ze hebben er hun leven aan gewijd. Alleen maar om je een idee te geven: zij hebben daar in 20 jaar 20 miljoen aan uitgegeven. Het zijn zeer moeilijke omstandigheden. Ze werken met een klein budget. De toiletten zijn er letterlijk gaten in de grond afgedekt met een houten barak. Zo primitief zijn de omstandigheden daar, maar ze doen dit elk jaar.

Nu van Siberië naar de Atacama woestijn in Chili, om iets te bekijken dat De Zeer Grote Telescoop wordt genoemd. De Zeer Grote Telescoop is een van die dingen die astronomen doen - Ze geven niet veel blijk van verbeelding bij het benoemen van hun telescopen. Je kan er donder op zeggen dat de volgende De Extreem Grote Telescoop gaat heten. (Gelach) En je zou het niet geloven, maar die daarna gaat De Overweldigend Grote Telescoop heten. Maar toch, Het is een uitzonderlijk stukje ingenieurskunst. Dit zijn vier 8,2 meter telescopen. Deze telescopen worden, onder andere, gebruikt om te bestuderen hoe de uitdijing van het universum verandert in de tijd. Hoe meer inzicht je daarin hebt des te beter ga je doorhebben hoe het zit met deze donkere energie - waar het universum van is gemaakt.

Het stukje techniek waar ik in verband met deze telescoop iets meer over wil zeggen is de spiegel. Elke spiegel, en er zijn er vier van, wordt gemaakt van een enkel stuk glas, een monolithische stukje hightech keramiek. Het wordt met zo'n nauwkeurigheid geslepen en gepolijst dat de enige manier om te begrijpen wat dat is je je van een stad als Parijs moet voorstellen, dat als je ze met al haar gebouwen en de Eiffeltoren met dezelfde nauwkeurigheid zou weg slijpen, de hobbels die zouden overblijven niet hoger dan één millimeter zouden zijn. Over dat soort precisie hebben we het hier. Een buitengewone reeks telescopen. Hier is een andere weergave ervan. De reden waarom je deze telescopen moet bouwen op plaatsen als de Atacama woestijn is dat deze woestijn op grote hoogte ligt. De droge lucht is echt goed voor telescopen. Ook is het wolkendek lager dan de top van deze berg zodat de telescopen ongeveer 300 dagen per jaar van een heldere hemel kunnen genieten.

Tot slot wil ik jullie meenemen naar Antarctica. Ik wil de meeste tijd besteden aan dit deel van de wereld. Dit is het laatste grensgebied van de kosmologie. Enkele van de meest verbazingwekkende experimenten, enkele van de meest extreme experimenten, worden gedaan in Antarctica. Ik ben er wat je een lange-duurballonvaart zou kunnen noemen, gaan bekijken. Hier worden telescopen en instrumenten helemaal naar de bovenste atmosfeer, de bovenste lagen van de stratosfeer, 40 km omhoog, meegenomen. Dat is waar ze hun experimenten doen, waarna de ballon met zijn lading weer naar beneden wordt gehaald. Hier zie je ons landen op de Ross Ice Shelf op Antarctica. Een Amerikaans C-17 vrachtvliegtuig bracht ons uit Nieuw-Zeeland naar McMurdo op Antarctica. Hier maken we ons klaar om op de bus te stappen. ik weet niet of je de letters kan lezen, maar er staat: "Ivan the Terribus." Die neemt ons mee naar McMurdo.

Zo ziet het eruit in McMurdo. Misschien kan je deze hut hier zien. Deze hut werd gebouwd door Robert Falcon Scott en zijn mannen toen zij voor het eerst naar Antarctica kwamen op hun eerste expeditie naar de Zuidpool. Het is daar zo koud dat de hele inboedel van die hut nog steeds is zoals zij het achterlieten, met de resten van de laatste maaltijd die ze er hebben gekookt. Het is een bijzondere plek. Dit is McMurdo zelf. Ongeveer duizend mensen werken hier in de zomer, en ongeveer 200 in de winter wanneer het er zes maanden lang helemaal donker is.

Ik was er om de lancering van dit bijzondere type instrument mee te maken. Dit is een kosmische-stralingexperiment dat helemaal naar de bovenste lagen van de stratosfeer werd gelanceerd tot een hoogte van 40 km. Dit weegt twee ton. Deze ballon kan dus iets van twee ton 40 km hoog brengen. De ingenieurs, de technici, de natuurkundigen moeten dat allemaal op de Ross Ice Shelf monteren, omdat Antarctica - ik zal niet ingaan op de redenen waarom - een van de meest gunstige plaatsen voor het doen van deze ballonlanceringen. Behalve het weer dan. Het weer, zoals jullie zich kunnen voorstellen, is dit in de zomer, en je staat op 60 m ijs. Ginder is er een vulkaan met gletsjers op de top. Ze moeten de hele ballon - het canvas, parachute en alles - op het ijs monteren en dan vullen met helium. Dat proces neemt ongeveer twee uur in beslag.

Het weer kan omslaan als ze dat aan het assembleren zijn. Hier leggen ze het balloncanvas erachter neer in afwachting dat het met helium zal worden gevuld. Die twee vrachtwagens die je op het einde ziet hebben elk 12 tanks van samengeperst helium bij. In het geval het weer voor de lancering omslaat, moeten ze alles opnieuw in hun dozen inpakken en mee terugnemen naar McMurdo Station. Deze speciale ballon is zeer groot, omdat hij twee ton gewicht moet meenemen. Het canvas alleen al weegt twee ton. Om het gewicht te minimaliseren, is het erg dun, net is zo dun als boterhampapier. Als ze terug moeten inpakken, moet het terug in de dozen en het aanstampen zodat het opnieuw in de doos past - Zo ging het toen zij het voor het eerst in Texas deden. Hier gaat dat niet met het soort schoenen die ze aan hebben. Dus moeten de schoenen uit en moeten ze dat werk in deze koude op blote voeten doen. Dat is het soort toewijding dat deze mensen hebben.

Hier wordt de ballon gevuld met helium. Een prachtig gezicht. Hier zie je de ballon en de lading naast elkaar. De ballon wordt aan de linkerkant gevuld met helium, en het canvas loopt door naar het midden waar zich elektronica en explosieven bevinden. Die worden aangesloten op een parachute, en de parachute wordt vervolgens verbonden met de lading. Denk eraan dat al deze bedrading door mensen in extreme koude wordt gedaan, bij temperaturen onder nul. Ze dragen ongeveer 15 kg aan kleding en spullen, maar ze moeten hun handschoenen uittrekken om dat te doen. Ik wil jullie graag een lancering tonen.

(Video) Radio: Oke, los de ballon, Los de ballon , los de ballon.

Anil Ananthaswamy: Om te eindigen wil ik jullie nog twee beelden laten zien. Dit is een observatorium in de Himalaya, in Ladakh in India. Let op de telescoop aan de rechterkant. Helemaal links is een 400 jaar oud boeddhistisch klooster. Dit is een close-up van het boeddhistische klooster. Ik werd getroffen door het toevallig samenvallen van deze twee enorme disciplines van de mensheid. Een daarvan is het verkennen van de kosmos aan de buitenkant, en de andere is het verkennen van ons diepe zelf. Beide vereisen stilte.

Wat me opviel was dat op elke plaats waar ik naar deze telescopen ging kijken, de astronomen en kosmologen op zoek zijn naar een bepaald soort van stilte, Of het nu de stilte van radiovervuiling, lichtvervuiling of wat dan ook is. Het was heel duidelijk dat, als we deze stille plekken op aarde vernietigen, we veroordeeld zullen zijn tot een planeet zonder de mogelijkheid naar buiten te kijken, omdat we niet in staat zullen zijn om de signalen uit de ruimte te begrijpen.

Dank je.

(Applaus)