Onderzoek vanuit de ruimte biedt ons waardevolle inzichten over klimaatverandering. Jérôme Loicq, associate professor in Space Instrumentation, onderzoekt en ontwikkelt instrumenten waarmee we veranderingen nauwkeurig kunnen bestuderen, bijvoorbeeld in de vegetatie op aarde of in de uitstoot van broeikasgassen in de atmosfeer. “De ruimte is van onschatbare waarde voor klimaatonderzoek.”

Space instrumentation zijn instrumenten die op satellieten geplaatst worden, die nodig zijn om ruimteonderzoek te doen, legt Jérôme uit, die sinds augustus 2021 werkzaam is aan de TU Delft. “Deze instrumenten onderscheiden we grofweg in twee soorten. De eerste zijn instrumenten die materiaal ter plaatse verzamelen of onderzoeken. Denk aan de samples die een robot neemt tijdens een Mars missie of een magnetometer die het magnetische veld rond een planeet meet. Het andere type – waar ik me op focus – zijn de instrumenten die observaties maken van grote afstand, oftewel remote sensing. De meest bekende voorbeelden hiervan zijn ruimtetelescopen die het universum observeren, zoals de James Webb Telescoop. Andere remote sensing telescopen observeren zowel de ruimte als de aarde.” 

Ik was me als kind al bewust van de kwetsbaarheid van onze planeet en ben nog altijd bezorgd over de toekomst ervan.

Veranderingen op aarde

Het bestuderen van de aarde vanuit de ruimte wordt ook wel earth observation genoemd. Earth observation speelt volgens Loicq een belangrijke rol bij onderzoek naar de oorzaken, ontwikkeling en impact van klimaatverandering. “Op basis van waarnemingen van de aarde kunnen we bijvoorbeeld zien op welke plekken bossen verdwijnen als gevolg van bosbranden of menselijk handelen, hoe biodiversiteit zich in een gebied ontwikkelt of verdwijnt, of waar gewassen lijden onder droogte. Tijdens mijn werk bij het ruimtecentrum van Luik, hield ik me bezig met de kalibratie campagne van de PROBA-V missie en de TROPOMI missie, naast allerlei andere ruimtemissies. De PROBA-V missie is de Belgische voorloper van de Sentinel 3 satellieten en monitort de vegetatie over een bepaalde tijd. TROPOMI wordt vooral gebruikt om de luchtkwaliteit te meten.“ 

Onderzoek naar klimaatverandering

Vanuit de ruimte kun je niet alleen ontwikkelingen op het aardoppervlak, maar ook processen in de atmosfeer bestuderen, zegt Loicq. “Als het gaat om klimaatverandering zijn vooral broeikasgassen als methaan en CO₂ erg interessant. Met behulp van een spectrograaf – een instrument dat licht vangt en de spectrale inhoud analyseert – kun je wereldwijd heel precies in kaart brengen waar bepaalde deeltjes worden uitgestoten en hoe ze zich in de atmosfeer verspreiden. Daardoor weet je bijvoorbeeld welke industrie op welke plek en met welke hoeveelheid de lucht aan het vervuilen is. Op basis hiervan kun je maatregelen nemen, maar ook voorspellingen doen over de luchtkwaliteit. In ons Clear Air Consortium, bestaande uit TNO, SRON, KNMI en TU Delft, ontwikkelen we instrumenten die de samenstelling van de lucht kan monitoren. 

Bijzondere omgeving

Volgens Loicq laten deze voorbeelden zien hoe waardevol ruimteonderzoek kan zijn. “Het belang van ruimtemissies wordt nog weleens onderschat. We denken al snel aan vervuilende raketten, maar de ruimte is een prachtige omgeving om de aarde en processen daaromheen te bestuderen. En daarmee dus van grote waarde om meer kennis te vergaren over klimaatverandering. Dat is voor mij ook een belangrijke drijfveer als wetenschapper. Ik was me als kind al bewust van de kwetsbaarheid van onze planeet en ben nog altijd bezorgd over de toekomst ervan. Hopelijk helpen de inzichten die we dankzij space instrumentation opdoen om die toekomst iets rooskleuriger te maken.” 

Gedrag en eigenschappen van licht

Binnen space instrumentation houdt Loicq zich bezig met optics, een onderdeel dat zich richt op het gedrag en eigenschappen van licht. Loicq: “Om objecten of processen goed in beeld te krijgen, moet je het licht vangen. Dit kan met behulp van beeldverwerkers en spectrografen. De laatste verdeelt het licht in verschillende golflengtes, de wetenschappelijke term voor kleuren in het visuele spectrum. Ik kijk met name van korte golflengtes in het ultraviolet spectrum tot langere golflengtes, zoals infraroodstraling, waarmee we fysieke processen, zoals de interactie tussen licht, atomen, moleculen en andere deeltjes kunnen bestuderen. Ik werk onder meer aan de ontwikkeling van gratings, een onderdeel van een spectrograaf dat het licht splitst. Door deze onderdelen te verbeteren, krijgen we steeds hogere resolutie beelden, waardoor we nog meer en preciezer kunnen waarnemen.” 

De ruimte is een bijzondere omgeving om de aarde te bestuderen.

Op zoek naar buitenaards leven

Behalve voor aardobservaties wordt spectroscopie ook ingezet voor onderzoek in de ruimte zelf. Momenteel werkt Loicq aan de ontwikkling van instrumenten om exoplaneten - planeten die draaien om een andere ster dan de zon - te bestuderen. “Met behulp van interferometrie in combinatie met spectrografie willen we achterhalen of het mogelijk is om daar sporen van leven te ontdekken. Dit geeft ons mogelijk nieuwe inzichten over het ontstaan van de aarde. Een van de uitdagingen hierbij is de intensiteit van het licht van de ster waar een exoplaneet omheen draait te verminderen. Deze intensiteit is namelijk zo hoog, dat het bijna onmogelijk is om het directe licht van de exoplaneet zelf te vangen. Dit is hoofdzakelijk belangrijk voor aardachtige exoplaneten in de leefbare zone. We moeten dus slimme manieren vinden om het licht van de ster te blokkeren, zodat we het licht van de exoplaneet kunnen vergroten. Hier kan interferometrie ons helpen.” 

De perfecte plek

Vanwege zijn expertise werd Loicq gevraagd om in Delft een onderzoekssectie op te zetten op het gebied van space instrumentation. Volgens Loicq is de TU Delft de perfecte plek om zijn kennis op dit vlak verder te ontwikkelen. “In de eerste plaats is de TU een internationaal erkende universiteit die staat voor innovatie en interdisciplinaire samenwerking. Die zaken zijn essentieel bij ruimteonderzoek. Voor het ontwikkelen van instrumenten moeten we bijvoorbeeld nauw samenwerken met ingenieurs, onderzoekers en industrieel ontwerpers. Daarnaast zitten er veel belangrijke partners in de nabije omgeving van Delft, zoals ESA-ESTEC, TNO, SRON en Universiteit Leiden. Met deze partijen werken we samen in Clear Air.” 

Dubbelrol

Naast zijn kennis en ervaring brengt Loicq naar eigen zeggen een hoop energie en enthousiasme mee. “Dat hoop ik over te brengen aan de studenten. Het leuke aan de academische wereld en specifiek mijn rol is dat ik zowel onderzoek kan doen als onderwijs mag geven. Terwijl ik zelf werk aan nieuwe inzichten en instrumenten kan ik mijn bevindingen ook meteen overdragen en studenten bij het onderzoek betrekken. Op deze manier ontstaat een collective intellegence. Dat vind ik mooi om te zien.”

Jérôme Loicq

Jérôme Loicq studeerde natuurkunde aan de Universiteit van Luik, waarna hij zijn PhD onderzoek in samenwerking met Université de libre Bruxelles (BE) en Université Laval (CA) heeft gedaan over niet-lineare optica en lasers met hoog vermogen. Tussen 2004 en 2021 werkte hij als onderzoeker in het ruimtecentrum van Luik (BE), en als hoogleraar Space Instrumentation bij de de Universiteit van Luik (sinds 2017), voordat hij bij de TU Delft kwam werken in augustus 2021.  

Loicq was en is betrokken bij verscheidene ruimte missies van zowel ESA als NASA, zoals de Darwin-TPFI, ICON, SMILE, GLIDE, GAIA, TROPOMI en PROVA-V. Hij heeft ook meegeholpen bij de kalibratie-campagne van de NIRspec en MIRI, twee instrumenten aan boord van de James Webb Space Telescope, welke de Hubble telescoop opvolgde in 2022.  

/* */