‘Naar de aarde kijken alsof we aliens zijn’

Om vrijwel elke ster aan de hemel draaien planeten. Een groot deel van deze zogenaamde exoplaneten is klein en rotsachtig, zoals onze aarde. Met haar instrument Loupe wil dr. Daphne Stam inzicht krijgen in de atmosferen en oppervlakken van deze exo-aardes.

Een melkpak. Dat is ongeveer het formaat van Loupe (Lunar Observatory for Unresolved Polarimetry of Earth). Dankzij de geringe omvang moet het voor het instrument mogelijk zijn om te ‘piggy-backen’ op een van de vele door ruimtevaartorganisaties en bedrijven geplande missies naar de maan. Dat hoopt planeetonderzoeker dr. Daphne Stam van L&R althans.

Onderzoekers kunnen vooral veel informatie halen uit de polarisatietoestand van het licht

Vanaf de maan zal het instrument de atmosfeer en oppervlak observeren van… de aarde. Loupe zal metingen verrichten aan het zonlicht dat door de aarde wordt gereflecteerd. “Indirect gaat dat ons helpen om inzicht te verkrijgen in de eigenschappen van exoplaneten”, legt Stam uit. “Vanaf de maan zie je de hele aarde in één keer, in één oogopslag. Precies zoals de grote grond- en ruimtetelescopen die nu ontworpen worden straks exoplaneten zullen waarnemen. Daardoor kunnen we de informatie over de kleur en de polarisatietoestand (de trilrichting) van het aardse licht gebruiken als referentiemateriaal voor toekomstige observaties van exoplaneten. Van de aarde weten we immers waar de atmosfeer uit bestaat, hoe de oceanen en de continenten verdeeld zijn, en hoe de wolken zich gedragen. We gaan naar de aarde kijken alsof we aliens zijn."

Dr. Daphne Stam zal met het instrument Loupe vanaf de maan de aarde observeren. (Foto: Sam Rentmeester)

Dat laatste is nodig omdat er van exoplaneten maar heel weinig licht komt. Met metingen van de aarde kunnen wetenschappers uitzoeken hoe ze de metingen aan exoplaneten kunnen optimaliseren. 

Onderzoekers kunnen vooral veel informatie halen uit de polarisatietoestand van het licht. Die is erg gevoelig voor de eigenschappen van een planeetatmosfeer en -oppervlak. Waterwolken geven bijvoorbeeld onder een heel specifieke reflectiehoek een sterk ‘regenboog’-signaal, en het polarisatiesignaal van oppervlaktewater zou weer sterk hoek- en kleurafhankelijk moeten zijn. 

Loupe is ontwikkeld samen met astronomen van de Universiteit Leiden. De traditionele instrumenten die polarisatie meten, gebruiken daarvoor ronddraaiende schijven met filters die elk licht met een andere polarisatierichting doorlaten. Maar draaiende onderdelen moeten zoveel mogelijk vermeden worden in de ruimtevaart, deze kunnen immers blijven steken. De Leidse astronomen Frans Snik en Christoph Keller bedachten een nieuwe meettechniek die gebruikmaakt van onbeweeglijke kristallen die het licht telkens op een andere manier doorlaten, afhankelijk van de polarisatierichting. Daardoor is Loupe klein, robuust en nauwkeurig.