60 jaar onderzoeksgeschiedenis: een tentoonstelling (1964-2024)

Poster Cover 1994 - 2024 — **Ter gelegenheid van de 60e verjaardag van het BIRA biedt deze pagina een overzicht van ons onderzoek van 1964 tot 2024.**

1. De geboorte van ruimte-aeronomie

Toen het Belgisch Instituut voor Ruimte-aeronomie werd opgericht (in 1964), was aeronomie een wetenschap die relatief onbekend was bij het grote publiek.

De term aeronomie werd voor het eerst geïntroduceerd in 1946 door professor Sydney Chapman, die het definieerde als de wetenschap van het bovenste deel van de atmosfeer, waar dissociatie en ionisatie belangrijk zijn. Acht jaar later, in 1954, werd de term officieel aangenomen door de International Union of Geodesy and Geophysics (IUGG).

Het Internationale Geofysische Jaar (1957-1958), waarvoor Chapman was aangesteld als voorzitter van het Speciale Comité, was een beslissend jaar voor de ruimtewetenschappen. Het was het begin van het ruimtetijdperk en de geboorte van aeronomie als onderzoeksgebied. Op 4 oktober 1957 werd de eerste kunstmatige satelliet, de Spoetnik I, gelanceerd. Vanaf dat moment kwamen nieuwe technieken voor het observeren van de aardatmosfeer en het verkennen van het zonnestelsel binnen bereik.

Aeronomie is een transdisciplinaire wetenschap die de atmosfeer van de aarde, andere planeten (voornamelijk Mars en Venus) en kometen bestudeert, evenals de interplanetaire ruimte. Aeronomie bestudeert de ruimte met behulp van instrumenten op het aardoppervlak, in de lucht en vanuit de ruimte.

2. Belgische astronauten

Ik zie de aarde! Zo mooi!

Beroemde woorden van Joeri Gagarin in 1961, de eerste mens in de ruimte. Sinds Gagarin zijn er meer dan 600 astronauten in de ruimte geweest, waaronder twee van onze landgenoten: Dirk Frimout in 1992 en Frank De Winne in 2002 en 2008.

Als jonge ingenieur begon Dirk Frimout zijn carrière bij het Koninklijk Belgisch Instituut voor Ruimte-aeronomie. Frank De Winne werd tijdens zijn missies ondersteund door de operatoren van het Belgian User Support and Operations Centre, dat nu deel uitmaakt van het Instituut.

Een derde Belgische astronaut, Raphaël Liégeois, zal in 2026 voor het eerst vliegen. Hij zal België zeker onmiddellijk herkennen vanuit zijn tijdelijke thuis, zo'n 400 km boven de aarde, dat helderder straalt dan zijn buren en diep oranje kleurt door het wijdverspreide gebruik van lagedruknatriumlampen.

Gedetailleerde projectpagina's:

3. Marcel Nicolet: pionier van de ruimte-aeronomie

Het Belgisch Instituut voor Ruimte-Aeronomie, gelegen naast de Koninklijke Sterrenwacht van België en het Koninklijk Meteorologisch Instituut in Ukkel, werd opgericht op 25 november 1964.

Op initiatief van Baron Marcel Nicolet en met de volledige steun van Koning Boudewijn werd de afdeling aeronomie losgekoppeld van het Meteorologisch Instituut om een onafhankelijk wetenschappelijk instituut te worden. Nicolet werd er de eerste directeur van.

Hij was een internationaal bekende wetenschapper van het Meteorologisch Instituut, die in 1953 werd aangesteld als secretaris-generaal van het Internationaal Geofysisch Jaar en wiens prestaties in wetenschappelijk onderzoek en administratie hem onderscheidingen opleverden zoals de Guggenheimprijs.

Het Instituut begon zijn activiteiten op 1 januari 1965.

4. Van een tennisbaan tot een internationaal gerenommeerd wetenschappelijk instituut

Bij de start van het Instituut voor Ruimte-Aeronomie (Institut d'Aéronomie Spatiale, kortweg IRA-IAS) als onafhankelijk federaal instituut, zetten Marcel Nicolet en het team van wetenschappers en ingenieurs om hem heen hun activiteiten verder in het zogenaamde gebouw B van het Koninklijk Meteorologisch Instituut.

In 1970 moest de tennisbaan van de Pool Ruimte plaats maken voor de bouw van de eigen mechanische werkplaats van het BIRA. Een paar jaar later verhuisden de wetenschappers ook naar hun eigen gebouw. Sindsdien groeide het instituut exponentieel en in 1997 was een derde verdieping onvermijdelijk. Tegenwoordig werken er bijna 200 mensen bij het BIRA.

Een stukje aeronomiegeschiedenis aan het BIRA

5. Diversiteit in planetaire atmosferen (Venus, Aarde, Kometen & Mars)

Tegenwoordig bestudeert het Koninklijk Belgisch Instituut voor Ruimte-Aeronomie niet alleen de atmosfeer van de planeet Aarde (weergegeven in het blauw), maar ook van zijn naaste buren in het zonnestelsel, Venus (links, het dichtst bij de Zon, geelachtig) en Mars (rechts, roestkleurig), en van kometen tijdens hun baan rond de Zon.

Het bestudeert ook de verschijnselen die het gevolg zijn van de interacties tussen zonnestraling en zonnewind met de atmosferen en magnetosferen van alle planetaire objecten (ruimteweer, poollicht, ...).

6. Sondeerraketten en stratosferische ballonnen

In de beginjaren ontwikkelde het ingenieursteam van het Instituut voor Ruimte-Aeronomie nuttige ladingen voor sondeerraketten en stratosferische ballonnen om de aardatmosfeer te bestuderen.

Stratosfeerballonnen werden de “satellieten van de armen” genoemd, maar omdat ze zo hoog als de stratosfeer reikten (15-45 km hoogte), pasten ze heel goed bij ons onderzoek dat zich richtte op het bestuderen van de ozonlaag en het ultraviolette licht van de zon, die beide niet meetbaar zijn met experimenten op aarde.

Vanaf het midden van de jaren 1970 en gedurende bijna 25 jaar voerde de massaspectrometriegroep van het BIRA in situ metingen uit in de stratosfeer om de samenstelling ervan te bepalen.

7. Experimenten aan boord van laboratoria in de ruimte

De eerste ruimte-experimenten bij het BIRA vinden plaats tijdens de SPACELAB-1-missie (officiële naam: STS-9), gelanceerd op 28 november 1983. Het is het eerste Europese ruimtelaboratorium dat werd opgezet om wetenschappers in staat te stellen experimenten uit te voeren op en vanuit het ruimteveer in een baan om de aarde.

Tussen 1983 en 1998 vloog Spacelab 22 keer. Spacelab-1 had drie experimenten van het BIRA aan boord, die in 1992 opnieuw werden uitgevoerd op ATLAS-1 door Dirk Frimout.

Het International Space Station (ISS) is het meest complexe en krachtige laboratorium voor onderzoek in de ruimte: De Belgische experimenten aan boord worden beheerd door het Belgian User Support and Operations Centre (B.USOC). Tegenwoordig levert B.USOC technische en operationele ondersteuning voor de voorbereiding, uitvoering en werking van ruimteprojecten, experimenten of missies die ondersteund worden door het Belgisch Wetenschapsbeleid (BELSPO) en het Europees Ruimteagentschap (ESA), of andere financieringsorganisaties.

Gedetailleerde projectpagina's:

8. Luchtvervuiling monitoren vanuit de ruimte

De lucht die we inademen bevat een verscheidenheid aan verontreinigende stoffen. Deze vervuilende gassen en aerosolen, afkomstig van de verbranding van brandstoffen (verkeer, industrie, enz.) en andere antropogene activiteiten, kunnen schadelijk zijn voor de volksgezondheid, de vegetatie en het milieu. Daarom staat het verminderen van gezondheidsproblemen veroorzaakt door slechte luchtkwaliteit door de uitstoot van vervuilende stoffen te verminderen hoog op de agenda in België, op Europees niveau en wereldwijd.

Het opvolgen van de vooruitgang op het vlak van emissiereductie, het identificeren van onbekende bronnen, regelmatige monitoring, rapportering en verificatie van emissies zijn verplicht. Aardobservatiesatellieten leveren ons de essentiële input hiervoor. We monitoren dagelijks spoorgassen en aerosols in de atmosfeer van de aarde met een ongekende resolutie.

Luchtvervuiling, een belangrijk probleem in stedelijke geïndustrialiseerde gebieden

Gedetailleerde projectpagina's:

9. Satellieten onthullen meer en meer details dankzij hun steeds toenemende precisie

Sinds de eerste satelliet in 1957 in een baan om de aarde werd gelanceerd, is de ruimtevaarttechnologie drastisch geëvolueerd. Satellieten waren ooit zo groot als een kleine schoolbus en wogen tot 6 ton. Tegenwoordig gebruiken we kleine gestandaardiseerde satellieten en richten we ons op het verbeteren van de precisie en nauwkeurigheid van de gegevens. In de afgelopen 20 jaar is de ruimtelijke resolutie van satellietbeelden, die verwijst naar de grootte van een pixel op de grond, met een factor 285 toegenomen, van het niveau van België tot het niveau van een stad.

De beelden tonen allemaal dezelfde kaart van luchtvervuiling, maar met een verschillende resolutie. Vroege satellieten waren niet in staat om lokale bronnen van vervuiling te onderscheiden, omdat vervuilde en schonere gebieden werden uitgemiddeld over het grotere gebied van de pixel.

Luchtvervuiling, een belangrijk probleem in stedelijke geïndustrialiseerde gebieden

Gedetailleerde projectpagina's:

10. Vervuiling gezien vanuit de lucht en vanaf de grond

Om antropogene vervuiling te bestuderen, heeft het Koninklijk Belgisch Instituut voor Ruimte-Aeronomie UV-zichtbaar Differentiële Optische Absorptiespectroscopie (DOAS) spectrometers in gebruik.

Deze instrumenten worden gebruikt om de concentraties van spoorgassen in de atmosfeer te meten door te analyseren hoe deze gassen specifieke golflengten van licht absorberen in het ultraviolette (UV) en zichtbare deel van het spectrum. Ze zijn vooral waardevol voor het detecteren van gassen die een belangrijke rol spelen in de luchtkwaliteit en atmosferische chemie, zoals stikstofdioxide (_NO2), zwaveldioxide (_SO2), ozon (_O3) en formaldehyde (HCHO).

DOAS-instrumenten werden gebruikt tijdens specifieke meetcampagnes - gemonteerd op een vliegtuig, auto of fiets - maar ook continu op verschillende grondstations in het kader van internationale meetnetwerken.

Deze illustratie toont enkele resultaten van dergelijke metingen voor Brussel. Een vliegcampagne boven Brussel toont zowel zwaar vervuilde gebieden als zuivere lucht in het Zoniënwoud. Een fietscampagne tijdens de zomer toont een momentopname van de luchtkwaliteit in de straten van Brussel. Instrumenten op de grond, zoals die in Ukkel, geven informatie over vervuilingstrends en helpen ons om satellietgegevens te valideren.

Gedetailleerde projectpagina's:

11. Voorbeelden van processen die de aardatmosfeer beïnvloeden

De atmosfeer van de aarde wordt voortdurend gevormd door zowel natuurlijke als door de mens gestuurde (of antropogene) processen, die elk verschillende gassen en deeltjes voortbrengen die de luchtkwaliteit, het klimaat en de gezondheid van het milieu beïnvloeden.

Natuurlijke bronnen zoals vulkaanuitbarstingen laten gassen vrijkomen zoals zwaveldioxide en kooldioxide, die de atmosfeer lokaal en zelfs wereldwijd kunnen beïnvloeden. Zeezout, afkomstig van de nevel van de oceaan, draagt deeltjes bij die de vorming van wolken beïnvloeden en zonlicht kunnen weerkaatsen, waardoor de atmosfeer enigszins afkoelt.

Aan de andere kant hebben menselijke activiteiten een aanzienlijke invloed. Industriële processen, smeltactiviteiten en de transportsector stoten vervuilende stoffen uit die kunnen leiden tot smog, zure regen en ademhalingsproblemen.

Deze antropogene emissies dragen ook bij aan langetermijnveranderingen in de atmosfeer, die een invloed hebben op alles van lokale luchtkwaliteit tot het mondiale klimaat. Inzicht in de gecombineerde effecten van deze natuurlijke en door de mens veroorzaakte bronnen is essentieel om de luchtkwaliteit te beheren en klimaatverandering aan te pakken.

Gedetailleerde projectpagina's:

30 jaar na de uitbarsting van Mount Pinatubo: een illustratie van de relatie tussen vulkanen en het klimaat

12. Monitoring van atmosferische klimaatverstoorders

Het monitoren van atmosferische klimaatverstoorders is essentieel om te begrijpen hoe menselijke activiteiten en natuurlijke processen ons klimaat in de loop van de tijd beïnvloeden. Klimaatverstoorders omvatten broeikasgassen (zoals koolstofdioxide CO₂, methaan CH4 en distikstofoxide N₂O) en aerosolen (kleine deeltjes zoals woestijnstof) die de atmosfeer van de aarde opwarmen of afkoelen. Het opvolgen van deze stoffen helpt wetenschappers bij het beoordelen van de snelheid van klimaatverandering, het identificeren van de bronnen van uitstoot en het begrijpen van complexe atmosferische effecten.

In het ICOS-station (Integrated Carbon Observation System) op La Réunion wordt de snelle toename van deze klimaatverstoorders geïllustreerd door de stijgende niveaus van broeikasgassen, wat soortgelijke trends wereldwijd weerspiegelt. Onderzoekers kunnen aan de hand van meetstations zoals deze zien waar de uitstoot toeneemt of afneemt en hoe goed de inspanningen om de uitstoot te verminderen werken.

Satellieten kunnen variaties in broeikasgasconcentraties detecteren, emissiebronnen identificeren en aerosolen zoals woestijnstof meten. Woestijnstof zelf heeft invloed op zowel het klimaat als het weer - het kan de atmosfeer afkoelen of opwarmen, afhankelijk van de omstandigheden, en het beïnvloedt ook regen, wolken en wind.

Tot slot hebben sommige klimaatverstoorders meerdere effecten. Distikstofoxide is bijvoorbeeld het derde belangrijkste broeikasgas dat door menselijke activiteit wordt geproduceerd, na koolstofdioxide en methaan, maar het draagt ook bij aan de aantasting van de ozonlaag. Deze dubbele impact maakt het bijzonder belangrijk om te monitoren.

Gedetailleerde projectpagina's:

13. Monitoring van stratosferisch ozon

In het verleden werden kunstmatige chemische stoffen, zoals de beruchte chloorfluorkoolwaterstoffen (CFK's), vrijgelaten in de troposfeer waar ze omhoog dreven, de stratosfeer bereikten en zich ophoopten. Elk jaar worden deze verbindingen in de winter afgebroken op druppeltjes in wolken op grote hoogte en in de lente geactiveerd door zonlicht, wat leidt tot chemische reacties die de ozonlaag aantasten en het 'ozongat' vormen.

Zo'n gat in de ozonlaag ontstaat elk jaar boven Antarctica tijdens de lente op het zuidelijk halfrond (september tot november), maar soms ook boven het noordpoolgebied (rond maart tot mei). Door deze seizoensgebonden gebeurtenissen bereikt meer ultraviolet licht de grond, waar het de risico's op huidkanker, zonnebrand, oogletsel en andere gezondheidsproblemen kan verhogen. Door het verbod op de uitstoot van ozonafbrekende stoffen is de ozonlaag op weg naar herstel, maar dit zal nog ongeveer 40 jaar duren.

Satellieten, vliegtuigen, weerballonnen en instrumenten op de grond worden gebruikt om de hoeveelheid ozon in verschillende delen van de atmosfeer te monitoren. Het BIRA heeft ook de ALTIUS-satelliet voorgesteld om de verspreiding en evolutie van stratosferisch ozon in de aardatmosfeer te monitoren. De lancering is momenteel gepland voor 2026.

Gedetailleerde projectpagina's:

14. Modellering van de atmosferische samenstelling

Atmosferische modellering is een krachtig hulpmiddel dat wetenschappers helpt bij het meten en voorspellen van veranderingen in de samenstelling van de atmosfeer - zoals de overvloed aan gassen en aerosolen - doorheen de tijd en in verschillende gebieden.

Door simulatiegegevens te creëren, stellen deze modellen onderzoekers in staat om de factoren te onderzoeken die atmosferische veranderingen aandrijven en diepere inzichten te verwerven in hoe het atmosferische systeem van planeten zich gedraagt.

Het BIRA draagt onder andere bij aan de stratosferische component van het Copernicus Atmospheric Monitoring System (CAMS) met zijn intern ontwikkeld stratosferisch model. Deze poster toont de verschillende soorten chloor, waaronder reservoirs en actieve soorten, en hoe het bijdraagt tot de afbraak van de ozonlaag.

Het BIRA is ook betrokken bij de ontwikkeling van modellen voor de troposfeer van de Aarde, haar plasmasfeer, de zonnewind,... alsook voor planetaire atmosferen, zoals het weer- en klimaatmodel voor Mars.

Gedetailleerde projectpagina's:

15. De impact van ruimteweer op ons dagelijks leven

Ruimteweer verwijst naar de omgevingsomstandigheden in de ruimte die worden beïnvloed door zonneactiviteit (zonnewind, zonnevlammen, energetische deeltjes van de zon, coronale massa-ejecties, enz.).

Ook al realiseren we het ons misschien niet, ruimteweer kan ons dagelijks leven sterk beïnvloeden, bijvoorbeeld door storingen in satellietnavigatiediensten, zoals Galileo, die op hun beurt weer van invloed kunnen zijn op de luchtvaart, het wegvervoer, de scheepvaart en andere activiteiten die afhankelijk zijn van nauwkeurige plaatsbepaling.

Commerciële luchtvaartmaatschappijen kunnen schade ondervinden aan vliegtuigelektronica en hun bemanningen kunnen worden blootgesteld aan verhoogde stralingsdoses (vooral degenen die over de polen vliegen). Ruimteweereffecten op de grond kunnen schade en verstoring van stroomverdelingsnetwerken, verhoogde corrosie van pijpleidingen en degradatie van radiocommunicatie omvatten.

Voor satellieten in een baan om de aarde kunnen de effecten van ruimteweer zichtbaar zijn in de verslechtering van de communicatie, prestaties, betrouwbaarheid en algehele levensduur. Zo zullen de zonnepanelen die zonlicht omzetten in elektrische energie op de meeste ruimtevaartuigen in de loop van een missie steeds minder energie opwekken en met deze degradatie moet rekening worden gehouden bij het ontwerp van de satelliet.

Bovendien kan een verhoogde straling als gevolg van ruimteweer leiden tot verhoogde gezondheidsrisico's voor astronauten, zowel nu aan boord van het Internationaal Ruimtestation in een lage baan om de aarde als in de toekomst tijdens reizen naar de maan of Mars.

Gedetailleerde projectpagina's:

16. Poollicht

Activiteit op de Zon, zoals zonnevlammen, kan de atmosfeer beïnvloeden. Eind 2024 bereikt de Zon haar zonnemaximum, dat nog een jaar zou kunnen aanhouden.

Een bijzonder intense activiteit vond plaats op 11 mei 2024, in het weekend van Moederdag, vandaar de naam "Moederdag-event". Na een sterke zonnevlam richting aarde was er over de hele wereld poollicht te zien. Het was de meest intense magnetische storm in meer dan 20 jaar. Ook begin oktober 2024 werden mensen in België beloond met een spectaculaire show van noorderlicht als gevolg van een zonnestorm die gepaard ging met de grootste zonnevlam sinds 2017.

De kleur van het noorderlicht leert ons iets over de chemische elementen in onze atmosfeer die worden aangeslagen door de deeltjes van de zonnewind.

17. Meteoren detecteren met radiogolven

Een meteoor (ook wel 'vallende ster' genoemd) is het lichtgevende verschijnsel dat ontstaat door de interactie van een meteoroïde met de aardatmosfeer. We bestuderen ze met radiowaarnemingen. Wanneer een meteoroïde de aardatmosfeer binnendringt, creëert hij een spoor van elektronen in zijn kielzog dat als een spiegel werkt, waardoor we de hemel met radioantennes kunnen observeren.

Wetenschappers van het Koninklijk Belgisch Instituut voor Ruimte-Aeronomie hebben een groot netwerk van meer dan 50 radio-ontvangststations geïnstalleerd in België en de buurlanden. Een groot voordeel is dat we, in tegenstelling tot optische waarnemingen, continu meteoren kunnen waarnemen, ook overdag of als het bewolkt is. Een nadeel van deze methode is echter dat radiogolven ook door vliegtuigen worden weerkaatst.

Gedetailleerde projectpagina's:

BRAMS (Belgian RAdio Meteor Stations) is een netwerk van radio-ontvangststations

18. De atmosfeer van Mars

Naast de aarde is Mars misschien wel de bekendste planeet in ons zonnestelsel. De planeet heeft een dunne atmosfeer die voornamelijk bestaat uit koolstofdioxide, met sporen van stikstof en argon. Inzicht in de dynamiek en samenstelling van deze atmosfeer is cruciaal voor het ontrafelen van de klimaatgeschiedenis van Mars en de mogelijkheid om leven te herbergen.

We zijn trots op onze bijdrage aan dit onderzoek door onze geavanceerde instrumenten aan boord van de Mars Express en ExoMars missies, die onschatbare gegevens en inzichten opleveren.

Gedetailleerde projectpagina's:

19. De atmosfeer van Venus

Venus, onze naaste buurplaneet, heeft een atmosfeer die gehuld is in dikke wolken zwavelzuur, wat een vijandige omgeving creëert. Het begrijpen van de extreme omstandigheden op Venus, waar de oppervlaktetemperaturen gemiddeld 464°C bedragen en de druk 92 keer hoger is dan op aarde, is de sleutel tot het ontrafelen van de klimaatgeschiedenis van de planeet en het verschil met de Aarde.

Onze instrumenten aan boord van de Venus Express en EnVision missies geven ons unieke inzichten in de atmosfeer van Venus en haar evolutie.

Gedetailleerde projectpagina's:

20. De atmosfeer van kometen

Wanneer een komeet de zon nadert, verdampt het oppervlaktemateriaal door straling, waardoor een tijdelijke, speciale atmosfeer ontstaat die de coma wordt genoemd. Tijdens dit proces stoot de komeet grote hoeveelheden stof en gas uit, waardoor in zijn kielzog twee verschillende staarten ontstaan.

Het Koninklijk Belgisch Instituut voor Ruimte-Aeronomie bestudeerde komeet Chury met een instrument aan boord van de Rosetta-satelliet en bereidt zich nu voor op een missie naar een nog onbekende komeet met de Comet Interceptor, die in 2027 gelanceerd zal worden.

Gedetailleerde projectpagina's:

21. Het B.RCLab en de andere laboratoria

Het B.RCLab is een radiometrisch karakterisatielaboratorium dat gespecialiseerd is in het meten van licht en het testen van instrumenten over een breed spectrum. Het B.RCLab is gevestigd in de laboratoria van het Koninklijk Belgisch Instituut voor Ruimte-Aeronomie (BIRA) en beschikt over verschillende ruimtes die zijn uitgerust voor het uitvoeren van radiometrische metingen met hoge precisie.

De expertise van het laboratorium bestrijkt een groot aantal gebieden, waaronder de fysica en chemie van de aardse en planetaire atmosferen, zonnemetingen en poollichtwaarnemingen.

Gedetailleerde projectpagina's:

B.RCLab (Belgian Radiometric Characterization Laboratory)

22. De levenscyclus van een ruimtemissie

Het Koninklijk Belgisch Instituut voor Ruimte-Aeronomie heeft de capaciteit en de expertise om alle uitdagingen van een ruimtemissie aan te gaan, van het prille begin tot het einde.

Geboorte van een ruimtemissie > Vereisten en ontwerp van de missie > Ontwerp en ontwikkeling van het instrument > Kalibratie en karakterisering van het instrument > Lancering en werking van de ruimtemissie > Productie van wetenschappelijke gegevens > Productvalidatie > Exploitatie van de missie

De cyclus omvat onderzoekers, ingenieurs (zowel mechanica-, elektronica- als software-ingenieurs), personeel dat in het radiometrisch laboratorium B.RCLab werkt, operatoren die ondersteuning bieden in het B.USOC, ...

Uiteindelijk leidt de exploitatie van de ruimtemissie tot nieuwe inzichten, die leiden tot nieuwe ideeën waaruit nieuwe projecten en ruimtemissies ontstaan, en de cyclus gaat verder...

Gedetailleerde projectpagina's:

Ontwikkeling ruimtemissies