Het oog van de telescoop

De grootste telescoop ter wereld krijgt een ‘oog’ dat in Leiden in elkaar wordt gezet. Meetinstrument METIS is een van de belangrijkste onderdelen van de Europese Extremely Large Telescope. In het blog ‘Het oog van de telescoop’ volgt De Ingenieur de bouw en installatie op de voet.

Speuren naar lekken

12 februari 2026

Cruciaal onderdeel van METIS is de cryostaat, die de optische instrumenten koelt, zodat het meten van infraroodstraling mogelijk wordt. Projectmedewerkers testen dit ‘koelvat’ nu in Leiden en oefenen ermee.

Het was groot nieuws vorig jaar toen op 25 november de cryostaat in Leiden aankwam vanuit Zwitserland. Het vat is een onmisbaar onderdeel van METIS, een van de meetinstrumenten voor de Extremely Large Telescope (ELT) die in opdracht van ESO in Chili wordt gebouwd (lees ook het achtergrondartikel  ‘Oog op het heelal’ uit De Ingenieur). ‘Zonder cryostaat geen meetinstrument’, zei projectmanager Felix Bettonvil eerder tegen De Ingenieur.

Vloeibare stikstof

De cryostaat is een bolvormige tank met een diameter van 3,5 meter die grotendeels is gemaakt van roestvrij staal. Samen met een tijdelijke ombouw weegt het onderdeel maar liefst 15 ton. De cryostaat wordt voor gebruik vacuüm gezogen (tot minder dan een microbar, 10^-6 bar) én tegelijkertijd gekoeld tot 40 kelvin. De wand zit zo in elkaar dat er zo weinig mogelijk warmte naar binnen kan lekken. Dit werkt net als bij een thermosfles, maar dan met nog meer isolerende lagen. Een voorkoelsysteem met vloeibare stikstof maakt de binnenwand al heel koud, ongeveer -180 graden Celsius. Speciale pompen, zogeheten pulse-tube-koelers, brengen de temperatuur binnenin de cryostaat nog verder omlaag tot 40 kelvin, -233,15 graden Celsius.

Testen op lekken

De leak testing-procedure is een soort speurtocht naar minuscule scheurtjes of imperfecties in het metaal die, wanneer de cryostaat eenmaal in gebruik is, het vacuüm nadelig beïnvloeden. Voor het testen op lekken wordt helium gebruikt, het gas dat na waterstof de kleinste atomen heeft. Helium kan door de kleinste gaatjes heen. Een medewerker sprayt steeds op een andere plek wat heliumgas. Doordat pompen op de cryostaat het binnenste vacuüm zuigen, schieten de heliumatomen naar binnen als er een scheurtje aanwezig is. Bijzonder gevoelige sensoren meten bij de pompen helium dat eventueel naar binnen is gekomen. ‘Als er imperfecties worden gevonden, dan zijn die nu nog te herstellen’, zegt Bettonvil.

Cryostaat aangekomen in Leiden

25 november 2025

Hij is er!

De cryostaat is gisterochtend rond half 7 – het was nog donker – in Leiden gearriveerd, na een lange reis over de weg vanuit Zwitserland. Met een enorme hijskraan is hij vervolgens naar binnen getakeld; een enorme operatie waar behalve de hijskraan ook een soort zichzelf opblazende airbags aan te pas kwamen. En nu is hij er dus echt, in de cleanroom.     

Hiermee is het project daadwerkelijk begonnen, zegt projectmanager Felix Bettonvil van METIS opgetogen. ‘Dit is een belangrijke mijlpaal, een moment waarop we ons lang hebben voorbereid.’

De cryostaat is een ongeveer bolvormige tank met een doorsnede van 3,5 meter, die een centrale rol speelt bij het instrument METIS. Een groot deel van de optische instrumenten komen binnenin de cryostaat te zitten, zodat ze op een zeer lage temperatuur blijven. Dit is nodig omdat METIS binnen de Extremely Large Telescope straling gaat verwerken die precies in het golflengtegebied ligt dat overeenkomt met warmtestraling, de straling die voorwerpen bij kamertemperatuur uitzenden. Als de onderdelen niet sterk gekoeld worden, meet METIS alleen die warmtestraling, en komen er geen beelden van de objecten in het heelal. De cryostaat is dus een cruciaal onderdeel van METIS. ‘Zonder cryostaat geen meetinstrument’, zegt Bettonvil.

De grote, 15 ton zware (inclusief een tijdelijke hulpconstructie) tank is grotendeels gemaakt van roestvrij staal (RVS). Net zoals bij een thermosfles zit de wand zo in elkaar dat er zo weinig mogelijk warmte naar binnen kan lekken. ‘Alleen heeft een thermosfles een dubbele wand, terwijl de cryostaat nog veel meer lagen heeft voor de isolatie’, zegt Bettonvil.

Er zit meer slims in de cryostaat. Zo zit er een voorkoelsysteem in, dat met vloeibare stikstof de binnenwand al behoorlijk koud maakt. ‘Dat gaat tot ongeveer -140 graden Celsius. Pompen brengen vervolgens de temperatuur binnenin de cryostaat verder omlaag.’

De ketel van de cryostaat is helemaal klaar afgeleverd. Maar er moeten nog wel andere onderdelen op worden aangebracht. ‘De elektrische bekabeling, en buizen voor koeling en voor het wegpompen van lucht’, zegt Bettonvil.

Om de cryostaat in goede staat te kunnen bezorgen, is hij verpakt in een grote container. Die is zelf ook een belangrijk onderdeel in het verhaal. Want dit is dezelfde container waarin METIS over een paar jaar naar zijn eindbestemming, Chili, zal worden verzonden.

Foto’s: Fred Kamphues / Marieke Baan

De bouw kan beginnen

17 november 2025 

Vol verwachting klopt het hart…. van sterrenkundigen over de hele wereld. Hun opwinding gaat over de Extremely Large Telescope (ELT), die op dit moment wordt gebouwd op de top van de berg Cerro Armazones, in de Atacamawoestijn in Chili. De ELT wordt de grootste telescoop ter wereld, met een spiegel die een diameter heeft van 39 meter.

Na voltooiing, over een paar jaar, gaat de telescoop van de European Southern Observatory (ESO) beelden maken in zowel het zichtbare als het nabij-infrarode licht. Astronomen verwachten dat de beelden van de ELT veel nieuwe inzichten geven over onder andere exoplaneten, de vorming van planeten, sterren en sterrenstelsels, zwarte gaten, het vroege heelal en donkere materie.

Terwijl in Chili de bouw gestaag doorgaat, wordt bij de Universiteit Leiden alles in gereedheid gebracht voor de bouw van METIS, de Mid-Infrared ELT Imager and Spectrograph. Dit wordt een van de belangrijke instrumenten van de ELT die het opgevangen licht analyseert in het golflengtegebied tussen de drie en twintig micrometer, infrarood licht dus. Daarmee is METIS gevoelig voor alle koude objecten in de ruimte en kan het door stof in het heelal heen kijken.

Voor METIS werken dertien Europese instellingen samen, met onder hun vleugels nog eens enkele tientallen bedrijven. Het project staat onder leiding van NOVA, de Nederlandse Onderzoekschool Voor Astronomie, een samenwerking van de Universiteit van Amsterdam, Rijksuniversiteit Groningen, Universiteit Leiden en Radboud Universiteit Nijmegen.

Op het universiteitsterrein in Leiden is voor het assembleren van METIS een grote hal vrijgemaakt. Daarin komt een speciale clean tent te staan, een tijdelijke clean room. Enkele kleinere onderdelen zijn al binnen, en eind november komt een van de grootste onderdelen aan: de cryostaat. Dit is een grote ruimte waar de meeste componenten van METIS in komen te zitten. Daar moet het ijskoud zijn, omdat het licht dat METIS opvangt precies in het golflengtegebied zit dat overeenkomt met de warmtestraling die objecten bij kamertemperatuur uitzenden. ‘Als METIS niet sterk wordt gekoeld, dan zou het vooral de eigen warmtestraling meten’, zegt consortium project manager Felix Bettonvil. 

Na de cryostaat komen vervolgens een voor een de subsystemen binnen vanuit de verschillende landen waar deze worden gebouwd. In Leiden wordt alles getest en in elkaar gezet. ‘Eind 2027 verwachten we alle subsystemen binnen te hebben’, zegt Bettonvil, die de tijdlijn bewaakt. ‘Dan hebben we nog ongeveer een jaar nodig voor het testen en aansluiten. Begin 2029 moet METIS dan helemaal gereed zijn.’

Openingsbeeld: Tekening van METIS zonder de overige telescooponderdelen eromheen. Illustratie: ESO