Toevallige ontdekking

Begin jaren dertig van de vorige eeuw ontdekte radio-ingenieur Karl Jansky van Bell Telephone Laboratories bij toeval dat er radiogolven uit het heelal komen. Hij deed op een golflengte van ongeveer 15 meter onderzoek naar storingen op trans-Atlantische radiotelefoonverbindingen. Hij vond radioruis van nabije onweersbuien. Ontladingen in buien op zeer grote afstand kon hij ook waarnemen omdat de radioruis door de ionosfeer wordt weerkaatst. Maar hij vond ook een zeer zwak stabiel signaal van onbekende oorsprong. Het herhaalde zich precies om de 23 uur en 56 minuten en kon dus niet van de zon afkomstig zijn.

Voorpaginanieuws

Jansky in NY TimesNu verbaast ons dat niet meer dat er radiogolven uit het heelal komen en dat je daar weer nieuwe ontdekkingen door kunt doen, zoals waterstofgas in de Melkweg en pulsars. Maar voor de astronomen uit die tijd was deze toevallige ontdekking nog een brug te ver. Zij bleven nog achter hun kijkers zitten. Toch haalde Jansky met zijn ontdekking de voorpagina van de New York Times. Hij dacht dat de radiogolven die hij waarnam uit de richting van het centrum van de Melkweg kwamen en dat deze niet afkomstig waren van een buitenaardse intelligentie.

Tegenwoordig wordt de herinnering aan de ontdekking van Jansky in leven gehouden met de eenheid jansky (Jy), een maat voor de sterkte van kosmische radiobronnen.

Radiogolven uit het heelal

Een radioamateur in de Verenigde Staten, Grote Reber, wilde meer van deze ontdekking weten. Voor zijn hobby bouwde hij eind jaren dertig een paraboolvormige schotelantenne met een diameter van 9 meter in zijn achtertuin. De schotelantenne kon alleen in elevatie bewegen. Jarenlang heeft hij de radioruis uit de Melkweg op verschillende golflengtes tussen 9 centimeter en 2 meter gemeten en in kaart gebracht. En we mogen bijzonder blij zijn dat Grote Reber als eerste amateur radioastronoom zijn resultaten in het wetenschappelijk tijdschrift Astrophysical Journal mocht publiceren.

Een radiospectraallijn?

Tijdens de Tweede Wereldoorlog, toen de universiteiten gesloten waren, kreeg de Leidse astronoom Jan Oort bij toeval het artikel van Grote Reber in handen. En dat kwam goed uit want Oort deed onderzoek naar hoe de sterren precies in de Melkweg bewegen en hoe de Melkweg roteert. Hij zat te piekeren over het probleem dat hij niet ver genoeg in de Melkweg kon kijken omdat het grootste deel van onze Melkweg onzichtbaar is door oplichtende gaswolken en stof. Door het lezen van het artikel van Grote Reber realiseerde hij zich dat radiogolven niet worden gehinderd door stoffige gebieden in de Melkweg. Bronnen van radiostraling moeten dus door de hele Melkweg waarneembaar zijn. Als er nu eens een spectraallijn is in het radiospectrum, dacht Oort, dan moet uit de Dopplerverschuiving de snelheid van de radiobron berekend kunnen worden en dan …

De 21 cm-waterstoflijn

Oort vroeg de jonge onderzoeker Henk van de Hulst dat uit te zoeken. En Van de Hulst toonde aan de hand van een theoretische berekening in 1944 aan dat het waterstofatoom een spectraallijn heeft in het radiospectrum op een golflengte van 21,106 centimeter (1420,406 MHz). Waterstof is het meest voorkomende element in het heelal. Maar de vraag waar Oort en Van de Hulst nog mee bleven zitten was of de 21 cm-waterstoflijn wel waarneembaar zou zijn.
Na de oorlog kregen Oort en zijn onderzoekers nabij het zendstation in Kootwijk een Duitse Würzburg 7,5 meter radarantenne (een restant van de Atlantikwall uit de Tweede Wereldoorlog). Na veel ontwikkelwerk slaagde radio-ingenieur Lex Muller en zijn groep er in om op 11 mei 1951 de 21 cm-waterstoflijn waar te nemen, vrijwel gelijktijdig met onderzoekers in de Verenigde Staten en in Australië.

Eerste kaart van de Melkweg

In Kootwijk begon daarna een periode van intensief waarnemen. Op de Leidse Sterrewacht werden de waarnemingen (toen nog handmatig) verwerkt en het lukte Oort en zijn groep al spoedig aan te tonen dat het interstellaire waterstofgas geconcentreerd was in lange, aaneengesloten lintvormige gebieden. Daarmee hebben zij voor het eerst de spiraalstructuur van ons eigen Melkwegstelsel in kaart gebracht. Het deel van de Melkweg dat in Nederland niet zichtbaar was werd in kaart gebracht door een Australische groep met een 11 meter radiotelescoop nabij Sydney. Uit de gecombineerde Nederlandse en Australische waarnemingen werd ook ontdekt dat onze Melkweg geen platte is maar verbogen. Met deze resultaten had Nederland zich in enkele jaren een vooraanstaande plaats in het Melkwegonderzoek met radiomethodschijf en veroverd.