Na zijn afstuderen, in 1975, trok bouwkundige ir. Peter Bennema naar Zuid-Amerika, naar het zojuist onafhankelijk geworden Suriname. Daar mocht hij een nieuw stadje gaan bouwen in de jungle. Temidden van de indianen - zijn eerste klus ooit. Als je Bennema (57) vraagt hoe het is om als ‘coördinator ruimtelijke ordening’ voor het LOFAR-project te werken, is dát het gevoel dat bij hem opkomt. Een project waarin niets standaard is, waarin alles nieuw is en nog bedacht moet worden. En ook nog eens gaandeweg constant verandert.
Bennema heeft sinds 2003 zo’n vierhonderd hectare land aangekocht -ongeveer zeshonderd voetbalvelden- voor zijn werkgever stichting Astronomisch Onderzoek in Nederland (Astron), de organisatie achter LOFAR. Hij zit achter de planologische procedures aan en hij moet ervoor zorgen dat de grond tijdig beschikbaar is, met de benodigde bouwvergunningen. En dat vergt heel veel praatwerk. De afgelopen jaren trok hij er zo’n dertig keer per jaar op uit om, samen met een collega, presentaties te geven. Om te praten met ‘boeren, burgers en buitenlui’, zoals Bennema het zelf verwoordt. “We stonden in dorpshuizen, voetbalkantines, voor de vereniging van plattelandsvrouwen, in gemeenteraden, maar ook op universiteiten. Om te zorgen dat mensen enthousiast, nieuwsgierig en trots worden”, vertelt Bennema. En om ervoor te zorgen dat ze hun land verkopen en dat ze geen bezwaarschriften indienen.
De belangrijkste informatie die hij met zijn presentaties wil overbrengen, is wat LOFAR gaat zien. “Ik vertel mensen dat als de zon uitgaat we nog acht minuten licht hebben, want zo lang doet het licht van de zon erover om hier te komen. En het licht van de eerstvolgende ster doet er vier jaar over. Met LOFAR gaan we miljarden jaren oude signalen opvangen, signalen van vlak na de big bang. Dát wil ik duidelijk maken, dat we gaan kijken naar de periode van vlak na de geboorte van het heelal”, vertelt Bennema. Maar LOFAR gaat veel meer doen, bijvoorbeeld de zon monitoren om vroegtijdig bedreigende zonnestormen te detecteren, enorme gasexplosies op de zon. Hierdoor kunnen we op aarde voorzorgsmaatregelen nemen om apparatuur en netwerken te beschermen tegen de bijbehorende elektromagnetische schokgolven. En er zijn voorspellingen dat de nieuwe radiotelescoop zelfs dingen gaat zien die nog nooit eerder zijn waargenomen, zoals de radiostraling van botsende zwarte gaten.

Een kaart van de opzet van LOFAR. De rode punten zijn antennestations.

Combineren
LOFAR staat voor Low Frequency Array, omdat het systeem gaat kijken naar radiosignalen met een lage frequentie (30-280 MHz). Doordat radiosignalen, in tegenstelling tot licht, ongestoord door het wolkendek komen, is het grijze Nederlandse klimaat geen belemmering.
LOFAR is een geheel nieuw type radiotelescoop. Tot nu toe bestonden radiotelescopen uit grote schotels, die gericht kijken naar een klein stukje van de hemel. Verder weg kijken, of in meer detail, vergt een grotere schotel. Maar daar zitten natuurlijk grenzen aan. LOFAR pakt het heel anders aan. De LOFAR-antennes zijn klein en eenvoudig, maar staan over een heel groot gebied verspreid. Door de signalen te combineren, krijg je een virtuele schotel met een doorsnede van honderden kilometers.
De klassieke telescoop ‘weet’ uit welke richting de signalen komen die hij waarneemt. De individuele antennes van LOFAR daarentegen, die feitelijk weinig meer zijn dan twee gekruiste radioantennedraden, hebben geen flauw idee waar de signalen die ze opvangen vandaan komen. Pas op het moment dat de signalen van de antennes gecombineerd worden, wordt duidelijk waar de opgevangen radiogolven vandaan komen en ontstaat er een plaatje van de hemel. De antennes creëren dus niet het beeld, dat doet de software.
De antennes zijn simpel en goedkoop, maar er is een supercomputer en een supernetwerk nodig om alle data bij elkaar te krijgen en tot één beeld te smeden. Ga maar na: elke antenne produceert een datastroom van zo’n twee gigabit per seconde. LOFAR telt 192 antennes per station en er moeten uiteindelijk zo’n 70 stations komen. Dat is dus in totaal dik 26 terabit per seconde - vergelijkbaar met het dataverkeer van ongeveer een half miljard telefoongesprekken. Daarom staat er sinds 2005 in het rekencentrum van de Rijksuniversiteit van Groningen een IBM Blue Gene/L-computer. Die ontvangt via een speciaal aangelegd glasvezelnet de signalen van alle stations.
Dat glasvezelnet ligt er inmiddels al, in hoofdlijn. Maar de bouw van de stations moet nog gestart worden. Eén heel station is er al, en drie halve, weet Peter Bennema te vertellen. Hij had gehoopt al veel verder te zijn. Maar het afgelopen halve jaar heeft de realisatie stilgelegen. Met de komst van de eerste beelden, gemaakt met de eerste handvol aangesloten antennes, zijn de wetenschappers van Astron weer aan het rekenen geslagen - het systeem zou mogelijk nog efficiënter kunnen worden uitgevoerd. Met minder stations, op andere locaties. Vervelend voor sommige boeren, die nu van Bennema te horen krijgen dat de aankoop van de grond niet doorgaat. “Dat is het lot van een ruimtelijk ordenaar die werkt met wetenschappers”, zegt de Bouwkunde-alumnus. “Ze houden hier nooit op met nadenken.” Hij sluit dan ook niet uit dat het hele ontwerp nog eens op de schop gaat, wanneer er data begint binnen te komen van nieuwe stations. Niet dat hij dat vervelend vindt, integendeel. “Ik vind het pioniersromantiek. Je kunt dit project niet vanaf een blauwdruk bouwen, doordat je echt aan de grenzen van de bestaande kennis werkt.”
In december moet duidelijk zijn waar de stations moeten komen, en dan kan de bouw verdergaan. Met als doel om volgend jaar 36 stations gereed te krijgen, die in 2009 operationeel moeten zijn. Daar komen overigens nog stations in het buitenland bij. In Duitsland is men zo enthousiast over LOFAR dat er bij Effelsberg, in de Eifel, al een compleet station is gebouwd, dat alleen nog met Groningen verbonden moet worden. En ook vanuit de Duitse steden München en Potsdam, Zweden (Onsala), Engeland (Manchester en Cambridge) en Frankrijk is al interesse getoond. Daarmee zou de virtuele diameter van LOFAR nog veel groter worden dan hij al is.

Een van de eerste LOFAR-beelden van de hemel, gemaakt in 2004, met zestig antennes.

Basisscholen
Een half jaar vertraging is niet leuk, maar in dit geval heeft het wel voordelen. Het gaf Bennema de tijd om geld binnen te halen om het centrale gebied van LOFAR, zo’n 320 hectare groot, deels om te toveren tot een natuurgebied met veel water. Dat leverde Astron zo’n vier tot vijf miljoen euro aan subsidie op. Dat geld is een compensatie voor waardeverlies doordat de grond omgezet wordt van landbouwgrond in natuurgebied. “Dat geld kunnen we weer gebruiken om antennes en computers van te kopen”, vertelt de coördinator. Het betekent wel dat bepaalde stukken van het gebied zeventig centimeter opgehoogd moeten worden. “Anders komen de antennes met hun voeten in het water te staan.”
Ook op andere manieren probeert Astron LOFAR nuttig te maken voor anderen dan alleen de astronomen. “Dat is onze basisfilosofie. Als je zo’n groot gebied bestrijkt, kun je veel meer realiseren dan alleen een astronomisch instrument. We willen ons zoveel mogelijk middenin de maatschappij plaatsen.”
En dus bedient het glasvezelnet van LOFAR niet alleen de astronomische wetenschap, maar worden er ook honderdvijftig basisscholen op aangesloten. Dat brengt voor Astron de kosten weer omlaag, want het ministerie van OCW deelde in de uitgaven van de aanleg. En ook andere takken van wetenschap kunnen meedoen. Bijvoorbeeld door aan het glasvezelnet niet alleen antennes, maar ook seismische sensoren te hangen, die een beeld gaan geven van de ontwikkeling van de bodem in het gebied en de gevolgen van de gaswinning daar.

Een laatste vraag nog: waarom is LOFAR eigenlijk niet in een ‘leeg’ land als Australië gebouwd? Bennema: “De Nederlandse overheid heeft 52 miljoen subsidie ter beschikking gesteld voor LOFAR. Het Samenwerkingsverband Noord-Nederland gaf 22 miljoen. Die kun je dan moeilijk in Australië gaan uitgeven.”/.

Wie meer wil weten over LOFAR, kan kijken op www.lofar.nl . Of bekijk dit filmpje: www.lofar.nl/video/LOFAR_E010604.exe.

LOFAR gaf ultrasnel internet een duwtje

Het RETINA-project, met als partners de TU/e, Astron, Lucent Technologies en KPN, had als doel om LOFAR van een ultrasnel glasvezelnet te voorzien. 160 gigabit per seconde, per vezel, dat was het doel. En dat werd ook bereikt. Maar wel alleen in het laboratorium. Astron zag af van toepassing bij de realisatie van LOFAR. Dat wil niet zeggen dat het project verloren moeite was. De groep van TU/e-hoogleraar prof.ir. Ton Koonen zit inmiddels op een snelheid van 640 gigabit per seconde, mede dankzij RETINA.

Twee ‘high band’ antennes, een van de twee soorten antennes in LOFAR.

26 terabit, ofwel 26,000,000,000,000 bit. Zoveel data gaat LOFAR produceren per seconde. Om deze enorme hoeveelheid data zo efficiënt mogelijk te verzenden, startte in 2001 het RETINA-project. Aan de TU/e-zijde was dr.ir. Huug de Waardt de projectleider, Ton Koonen zette het op. “Tien gigabit per seconde was toen ‘state of the art’.
Ons doel was om honderdzestig gigabit per seconde te bereiken, met één golflengte licht”, vertelt Koonen. “Dus zestien keer zoveel data door dezelfde vezel.” En dus ook zestien keer zo weinig apparatuur en systemen. Aan de andere kant: “Door meerdere golflengten toe te passen, dus met meerdere kleuren licht, zou je nog een veelvoud van die honderdzestig kunnen realiseren.”
De bottleneck voor het bereiken van deze snelheid zijn de schakelaars in het netwerk. Die zijn elektronisch en kunnen niet sneller schakelen dan veertig gigahertz, ofwel veertig miljard keer per seconde. De truc die Koonen en De Waardt toepasten om toch hogere snelheden te bereiken, heet ‘Optical Time Division Muliplexing’. Ze lieten vier schakelaars optische signalen leveren aan dezelfde glasvezel. De truc is dat de schakelaars net een klein stukje vertraagd staan ingesteld ten opzichte van elkaar. Hierdoor komen de pulsen van de vier schakelaars netjes na elkaar aan de beurt. Koonen vergelijkt het met een viervoudige ‘ritssluiting’, waarbij je vier stromen van lichtpulsjes in elkaar ritst. Cruciaal hierbij is de duur van de lichtpulsen. Immers: hoe smaller de pulsen, hoe meer ruimte er is om nog een extra pulsenstroom erin te ritsen.
Belangrijk is ook dat de pulsen al zijn omgezet van elektronisch naar optisch voor ze de schakelaars bereiken. Elektrische pulsen kunnen namelijk bij lange na niet zo kort gemaakt worden als optische. Koonen: “Optisch kun je pulsen maken die tientallen femtoseconden (een femtoseconde is 10-15 seconde, red.) lang zijn. Elektrisch kun je dat vergeten.”
Dik twintig manjaar aan onderzoek leverde uiteindelijk op dat de onderzoekers in 2003 de gewenste snelheid van 160 gigabit per seconde konden demonstreren in het laboratorium. Het zou echter nog zeker vijf jaar geduurd hebben voordat de techniek en de bijbehorende producten marktrijp waren geweest, weet Koonen. Het verbaasde hem dus niet dat Astron afzag van toepassing van de kersverse kennis, en teruggreep naar bestaande, maar tragere middelen.
Het onderzoek voor LOFAR bij zijn groep staat sindsdien in de standby-modus. Dat komt volgens de TU/e-prof mede door de financiën. De 52 miljoen euro die het Rijk in 2003 uittrok voor LOFAR, was genoeg om de supertelescoop te bouwen, maar niet om nog veel onderzoek te financieren. Koonen sluit overigens niet uit dat de TU/e in de toekomst weer een bijdrage gaat leveren, als er weer middelen voor onderzoek beschikbaar komen.
RETINA is niet toegepast in LOFAR. Maar de resultaten waren wel ‘de volgende stap’ in de ontwikkeling van supersnel internet. De onderzoekers van de groep van Koonen zijn inmiddels alweer een stap verder: zij hebben 640 gigabit operationeel, met één golflengte./.

Een LOFAR-veld met ‘low band’ antennes.