Met de 21 cm-waterstoflijn van Kootwijk naar Dwingeloo – Dwingeloo Radiotelescoop

Auteur(s): Ard Hartsuijker en Maarten Roos

Foto(s): Arie Hin (ASTRON archief); Film(s): Maarten Roos (Lightcurve Films) en Pieter-Rim de Kroon; Polygoonjournaal

Dit jaar is het 70 jaar geleden dat de 21 cm-waterstoflijn voor het eerst werd waargenomen. Amerikaanse astronomen van Harvard hadden de primeur, een zestal weken later slaagden ook de Nederlandse astronomen in Kootwijk daarin. En het is 65 jaar geleden dat de Dwingeloo Radiotelescoop in gebruik werd genomen. De tekst en afbeeldingen hieronder is een bewerking met aanvullingen van een eerder gepubliceerd bericht op oudere versies van de CAMRAS, Volkssterrenwacht Bussloo en wiki.waarnemen.com websites. Waar astronomen in vakliteratuur en wij hieronder vaak spreken over Kootwijk wordt het buurtschap Radio Kootwijk bedoeld dat nu onderdeel uitmaakt van de gemeente Apeldoorn.

Het herinneringspaneel op de Turfberg in Radio Kootwijk

Ter ere van het baanbrekend radiosterrenkundig onderzoek dat in Kootwijk is uitgevoerd, werd tien jaar geleden op woensdag 11 mei 2011 (toen precies 60 jaar nadat daar de 21 cm waterstof radiospectraallijn werd waargenomen) in Radio Kootwijk een informatiepaneel Sterrenkundig verleden van Radio Kootwijk officieel onthuld. Het paneel staat op de Turfberg op de plek waar de bewuste Würzburg-antenne heeft gestaan. De onthulling werd gedaan door prof. dr. Hugo van Woerden (emeritus hoogleraar sterrenkunde aan de Universiteit van Groningen) en Ari Hin (gepensioneerd technicus van ASTRON). Beiden waren in de jaren 1950 betrokken bij het uitvoeren en verwerken van de waarnemingen in Kootwijk.

Onderzoek met omgebouwde Würzburg radarschotels

Tussen 1948 en 1955 stonden er op de Turfberg bij Kootwijk vier Duitse Würzburg radarschotels met een diameter van 7,5 meter. Tijdens de Tweede Wereldoorlog maakten deze schotels deel uit van de zogenaamde Atlantikwall – de Duitse radarverdedigingslinie langs de hele Europese kust. Ir. A.H. de Voogt (hoofd radiodienst van de PTT) had voorkomen dat ze als schroot verdwenen en had een aantal nabij het zenderpark Radio Station Kootwijk neergezet voor onderzoek aan de zon en de ionosfeer.

Eén van de Würzburg-antennes werd door De Voogt beschikbaar gesteld voor radiosterrenkundig onderzoek aan de Melkweg. Dit onderzoek werd geleid door prof. dr. Jan Hendrik Oort van de Leidse Sterrewacht en radio-ingenieur Ir. Lex Muller van de Stichting Radiostraling van Zon en Melkweg (SRZM, de voorloper van ASTRON). De Leidse astronomen wilden radiostraling uit de Melkweg opvangen en de Melkweg in kaart brengen. Dat zou niet mogelijk zijn geweest als niet een aantal jaren daarvoor de 21 centimeter radiospectraallijn van neutraal waterstof was ontdekt.

: Dr. J.H. Oort (l) and Ir. A.H. de Voogt (r) at the Dutch coast discussing the astronomical use of Würzburg radar systems.

: The Würzburg dish on the Turfberg in Kootwijk in the 1950’s. The antennas of the transmitting station are in the background.

: The Kootwijk HI Würzburg dish with Ir. Lex Muller.

De 21 cm waterstof radiospectraallijn

Aangespoord door prof. Jan Oort van de Sterrewacht Leiden, had de toenmalige Utrechtse sterrenkundestudent Henk van de Hulst al in 1944 berekend dat waterstofatomen hele zwakke radiostraling zouden uitzenden op een golflente van 21 centimeter. In het eerste filmfragment uit Spiral Galaxy, de Melkweg ontrafeld legt prof. Kees de Jager dat uit. Waterstof is het meest voorkomende element in het heelal en het komt ook in zeer grote hoeveelheden voor in het Melkwegstelsel, in de vorm van enorme ‘waterstofwolken’. Als die radiostraling echt bestond en waargenomen kon worden, dan konden de beweging van de waterstofwolken én hun de plaats in ons Melkwegstelsel bepaald worden en als zodanig in kaart worden gebracht. Dat legt prof. Hugo van Woerden in het tweede filmfragment uit.

Lees in de samenvatting (eerste afbeelding) en de andere twee afbeeldingen hieronder wat Van de Hulst zelf uitlegt over het bestaan van de 21 cm lijn in zijn artikel Radiogolven uit het wereldruim in het Nederlandsch Tijdschrift voor Natuurkunde, Jrg. XI, No. 12, December 1945.

Technisch bleek het in die periode een hele opgave te zijn om radio-ontvangers te bouwen die voldoende gevoelig waren om de zwakke straling van de spectraallijn op 21 centimeter golflengte te kunnen waarnemen. Maar op 25 maart 1951 hadden de Amerikaanse astronomen Harold Ewen en Edward Purcell van Harvard de primeur. Van de Hulst was dat voorjaar in Harvard om colleges te geven over radiosterrenkunde. Hij had contact met Ewen en Purcell en informeerde hen over de astronomische achtergronden van de waterstoflijn en de te verwachten verbreding van de spectraallijn (als gevolg van het Dopplereffect) door snelheidsverschillen van de waterstofwolken in verschillende delen van de Melkweg. Daar paste Ewen zijn ontvanger op aan. Van de Hulst informeerde Muller over de techniek die Ewen gebruikte om de radio-ontvanger zo stabiel mogelijk te houden om het zwakke signaal te kunnen detecteren. Ewen deed dat door de frequentie van de ontvanger te schakelen tussen ‘op’ en ‘naast’ de frequentie van de spectraallijn. Met die kennis lukte het ook Muller en zijn team een zestal weken na de Amerikanen op 11 mei 1951 om deze radiogolven uit de Melkweg op te vangen. Lees hier een transcriptie van een gesprek dat Ewen en Purcell in 1987 hierover voerden.

De eerste plattegronden van de Melkweg

In tegenstelling tot de Amerikaanse astronomen gingen de Nederlandse onderzoekers en radiotechnici in Radio Kootwijk door met het waarnemen van de 21 cm waterstofstraling. Na de eerste detectie in mei 1951 besefte Muller dat een nieuwe meer gevoelige ontvanger nodig zou zijn die nog minder last zouden hebben van de zenders van het zendstation Kootwijk Radio. Na een jaar werk werd deze in 1952 in gebruik genomen en startte een systematische waarnemingscampagne om de hele Melkweg in kaart te brengen, tenminste voor zover die vanuit Nederland zichtbaar is. Leidse studenten, gesteund door technici van de Stichting Radiostraling van Zon en Melkweg, werkten letterlijk dag en nacht gedurende vele maanden.

: Maarten Schmidt (l) and Gart Westerhout (r) observing the Galaxy with the Kootwijk HI Würzburg radio telescope.

: Herman Kleibrink in the Kootwijk Würzburg radio telescope.

: Lex Muller in the Kootwijk Würzburg radio telescope.

: Example of Kootwijk log book data: observation nr. 23 on l=80 b=0 (old alactic coordinates) (june 30, 1952).

: Example of Kootwijk recorder paper: 21 cm line observation nr. 23 (june 30, 1952).

In de lente van 1953 werd Van de Hulst, inmiddels sterrenkundige aan de Leidse Sterrewacht, uitgenodigd om de Halley Lecture te houden aan de Universiteit van Oxford over het werk aan de Melkweg. Daarvoor wilde hij graag een eerste versie van een plattegrond laten zien, gebaseerd op de waarnemingen die tot dan toe gedaan waren. In een mum van tijd werd die plattegrond gemaakt, dankzij een crash-actie van Oort en met behulp van alle studenten en rekenaars van de Leidse Sterrewacht. Op deze kaart konden de eerste spiraalarmen duidelijk worden gezien. De zon zit aan de rand van een Melkwegstelsel met spiraalarmen en een doorsnede van zo’n 100.000 lichtjaren. Het was een triomf, een grote stap voorwaarts in ons denken over onze plaats in het Heelal. De volledige tekst van de toespraak The Galaxy explored by radio waves staat in The Observatory, Vol. 73, P.129-139, 1953 (de ontbrekende pagina 138 staat hier).

: First map of the Galaxy presented by Van de Hulst at the Halley Lecture (1953).

: Galaxy map in Westerhout’s article in B.A.N. Vol. 13 No. 475 (1957).

: Galaxy map in article of Oort, Kerr, Westerhout in MNRAS 118 (1958).

Na de eerste waarnemingscampagne werd een tweede meer uitgebreide campagne gedaan tussen 1953 en 1955. Die waarnemingen stelden de sterrenkundigen in staat om een drie-dimensionale plattegrond samen te stellen. Op deze plattegrond is de structuur van het Melkwegstelsel nog veel beter te zien. Deze plattegrond is gepubliceerd door Gart Westerhout in het artikel The distribution of atomic hydrogen in the outer parts of the Galactic System in het Bulletin of the Astronomical Institutes of the Netherlands, Vol. 13 (No. 475), p.201-246, 1957.

Tevens werd samenwerking gezocht met radiosterrenkundige Frank Kerr en zijn team in Australië, want vanuit Australië kan het deel van de Melkweg dat niet in Nederland boven de horizon komt worden waargenomen. Door de Australische waarnemingen te combineren met de Nederlandse waarnemingen kon dan een volledige plattegrond worden gemaakt zoals gepubliceerd door Oort, Kerr en Westerhout in het artikel The Galactic System as a Spiral Nebula in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Vol. 118, p.379-389, 1958.

De Nederlandse radiosterrenkunde

Van de Hulst (l) en Oort (r) bij de 30 meter diameter kuilantenne van de PTT in Kootwijk.

De activiteiten en resultaten geboekt in Kootwijk en aan de Leidse Sterrewacht vormden het concrete begin van een lange traditie van radiosterrenkundig toponderzoek in Nederland. Een traditie die tot op de dag van vandaag doorgaat.

Met de opening door toenmalig Koningin Juliana op 17 april 1956 kwam de grote radiotelescoop in Dwingeloo (Drenthe) beschikbaar. Een schotel met een middellijn van 25 meter en op dat moment de grootste volledig draaibare radioschotel ter wereld. Dit was de vervulde droom van Oort. Alle radiosterrenkundige activiteiten verhuisden van Kootwijk naar Dwingeloo.

In de jaren 1970 kwam de Westerbork Synthese Radio Telescoop ter beschikking, 14 schotels van 25 meter opgesteld in een oost-west lijn in Westerbork, niet ver van Dwingeloo. Samen kunnen deze schotels een radiotelescoop simuleren met een diameter van 3 km! En in de jaren 2010 kwam LOFAR (Low-Frequency Array) in bedrijf.

Het proefschrift Early Dutch radio astronomy (1940-1970) : the people and the politics uit 2015 van de historicus Astrid Elbers geeft een grondige analyse van hoe de Nederlandse radioastronomen tot deze resultaten zijn gekomen. En in zijn artikel How was atomic HI (λ = 21 cm line) in space discovered? uit 2013 beantwoordt de astronoom Richard Strom zijn vraag.

Journalistiek over de Nederlandse radiosterrenkunde

Polygoonjournaal uit de week van 17 april 1956 met de opening van de Dwingeloo Radiotelescoop door Koningin Juliana.

Het artikel Een verjaardag zonder jarige van George Beekman in Zenit van april 1999 over de oprichting van SRZM op 23 april 1949.
De radio-documentaire Sterrenkunde in Nederland – Deel II van Marten Minkema voor het VPRO-programma Onvoltooid Verleden Tijd over radioastronomie uitgezonden op 16 januari 2011. Met (in volgorde van eerste opkomst) de astronomen/technici/historici Henny Lamers, Adriaan Blaauw, Jan Hendrik Oort (opname uit 1978), Hugo van Woerden, Klaas Jansen, Lex Muller (opname uit 1957), Jet Katgert, Astrid Elbers, Ed van den Heuvel, Sip Sijtsma, Teun Grit en Johan Hamaker.
Het artikel Oor naar het Universum op de Veluwe door George Beekman en Eddy Echternach dat verscheen op 10 mei 2011 in NRC (met dank aan de NRC-redaktie voor toestemming om het te plaatsen).
De film Spiral Galaxy, de Melkweg ontrafeld van Maarten Roos www.lightcurvefilms.com/spiralgalaxy/ en Pieter-Rim de Kroon. Klik op deze link voor de complete film van 45 minuten op YouTube.. Hieronder de trailer.

Over het herinneringspaneel

Het nieuwsbericht op 11 mei 2011 van de NOS.
De de radioreportage van journaliste Frederique Melman voor het VPRO-programma Labyrint uitgezonden op 15 mei 2011. Met Maarten Roos, Hugo van Woerden en Thijs Groenewegen.
De rode stip is de locatie op de Turfberg van de toenmalige Kootwijk Würzburg radiotelescoop.
De de video impressie van de onthulling van het herinneringspaneel op 11 mei 2011 door Maarten Roos.

Scan de QR-code op het bord en ga zo naar een mobiele website met een korte film waar Hugo van Woerden uitleg geeft bij het herinneringspaneel over het ontstaan van de eerste plattegrond van de Melkweg. Of bekijk deze film op www.ddq.nl/turfberg.
Zie ook de foto’s van Harm-Jan Stiepel en de foto’s van Sake Hogeveen.
De website Sterrenwacht Radio Kootwijk met een aantal mooie historische foto’s en informatie over het verwijderen en weer terugplaatsen van het herinneringspaneel door Staatsbosbeheer.

Initiatiefgroep herinneringspaneel

Het eerste idee voor het plaatsen van een herinnering kwam van Thijs Groenewegen, oud-inwoner van Radio Kootwijk, naar aanleiding van de film Spiral Galaxy, de Melkweg ontrafeld van Maarten Roos en Pieter-Rim de Kroon en discussies daarover tijdens het Open Monumentenweekend Radio Kootwijk op de kaart in september 2009. Dit is verder ontwikkeld en uitgevoerd door de Initiatiefgroep ‘Sterrenkundig Verleden van Radio Kootwijk’ bestaande uit:
– Harro Frieling (Stichting Apeldoornse Monumenten)
– Ard Hartsuijker (Stichting C.A. Muller Radio Astronomie Station, Volkssterrenwacht Bussloo en Landelijk Samenwerkende Publiekssterrenwachten)
– Maarten Roos (Lightcurve Films)
– Yvonne de Vries (Stedenbouw en Cultuurhistorie Gemeente Apeldoorn)
in nauwe samenwerking met:
– Prof. Hugo van Woerden (Kapteyn Instituut, Groningen)
– Kai Gerards (ontwerp van het paneel)
– Norbert Schmidt (QR-code en mobiele website).

Sponsoren herinneringspaneel

– Nederlandse Onderzoekschool voor Astronomie – NOVA – www.astronomie.nl
– Netherlands Institute for Radio Astronomy – ASTRON – www.astron.nl
– Leidse Sterrewacht – www.strw.leidenuniv.nl
– Nederlandse Astronomen Club – NAC – www.astronomenclub.nl
– Lightcurve Films – Maarten Roos – www.lightcurvefilms.com en www.lightcurvefilms.com/spiralgalaxy/nl/
– Volkssterrenwacht Bussloo – www.volkssterrenwachtbussloo.nl
– Vereniging voor Weer- en Sterrenkunde Triangulum – www.triangulum.nl
– C.A. Muller Radio Astronomie Station – CAMRAS – www.camras.nl
– Koninklijke Nederlandse Vereniging voor Weer- en Sterrenkunde – KNVWS – www.knvws.nl
– Voormalige Landelijk Samenwerkende Publiekssterrenwachten – LSPS
– Stichting Apeldoornse Monumenten – SAM – www.apeldoornsemonumenten.nl
– Gemeente Apeldoorn – www.apeldoorn.nl
– Kai Gerards – ontwerper – www.e-volve.nl
– Norbert Schmidt – QR-code en mobiele website – www.ddq.nl en www.astroforum.nl
– Kopers van de film “Spiral Galaxy, de Melkweg ontrafeld” tijdens het Open Monumentenweekend ‘Radio Kootwijk op de kaart’ in september 2009.