Astrofysicus Hubert Reeves

Hubert Reeves is een beroemd astrofysicus. Hij werd op 13 juli 1932 geboren in Montreal (Canada) en woont momenteel in Parijs.

Een astrofysicus is een kernfysicus die thermonucleaire reacties in de kernen van sterren bestudeert - hoe sterren worden geboren, hoe alle chemische elementen in sterren ontstaan en hoe ze weer verdwijnen. Het uiteindelijke doel van Reeves is om de oorsprong en het lot van de vrije energie in het heelal te ontdekken.

Het verhaal van Hubert Reeves

45 jaar geleden, in oktober 1970, was Hubert Reeves per trein onderweg van Genève naar Bern. Hij keek in gedachten verzonken uit het raam naar de indrukwekkende besneeuwde Alpen en nam aan de voet van het passerende gebergte een slingerend beekje waar dat in het herfstzonnetje werd omlijst met schitterende gouden en vermiljoene kleurenschakeringen. Heel even vroeg hij zich af of het beekje zou zijn gevormd door de smeltende sneeuw en op datzelfde moment kreeg hij het antwoord op een andere vraag die hem al lang had bezig gehouden. De puzzelstukjes vielen op z’n plek. Het stromende beekje riep herinneringen bij hem op aan een scène uit een Franse film van Jean Dréville uit 1947 over bergen en koud water, La Bataille de l’eau lourde (The Battle for Heavy Water). Deze film vertelt het waargebeurde verhaal over hoe geallieerde commando’s tegen het einde van WOII een top-secret zwaar water centrale in de bergen van Noorwegen vernietigden omdat de Nazi’s van plan waren om het zware water uit deze centrale te gebruiken voor de productie van een atoombom.

Zwaar water... zware waterstof... het brein van Reeves werkte opeens op volle toeren: je onttrekt zwaar water aan gewoon water bij extreem lage temperaturen en het duurt een lange tijd.... Dat is het! Hij wist nu hoe hij de enorme afwijkingen kon verklaren in recente experimentele resultaten over de aard van zonnewind, de enorme stroom van atomaire deeltjes die de ruimte in werden geblazen door de brandende zon.

Reeves was onderweg naar Bern, juist om dit probleem te bespreken met zijn collega Johannes Geiss, de Zwitserse fysicus die het expiriment had uitgevoerd; en in zijn gedachten waren de ideeen nog promionent aanwezig die hij zojuist tijdens een nucleaire astofysische lezing in Geneve had gepresenteerd. Hij begon aantekeningen te maken en wist dat hij nu een theorie had die kon verklaren waarom Geiss in de zonnewind 5x minder zware waterstof had aangetroffen dan er van nature op aarde aanwezig is. In theorie zijn zowel de aarde als de zon uit dezelfde oerstof (voornamelijk waterstof) ontstaan en dat vijfvoudige verschil kon tot nog toe niet door natuurkundigen worden verklaard.

Waterstof is het meest simpele element dat in het universum wordt aangetroffen: één proton in de kern waaromheen slechts een enkel electon draait. Er bestaat echter nog een andere natuurlijke vorm van waterstof welke deuterium wordt genoemd. Deze vorm van waterstof wordt ook wel ‘zware’ waterstof genoemd omdat er in de kern naast het neutron ook nog een proton aanwezig is. Deuterium is weliswaar zeldzaam, maar het gedraagt zich net zoals een ‘normaal’ waterstof; derhalve komt het op aarde voornamelijk in water voor. Een watermolekuul(H20) bestaat uit twee waterstof atomen en een zuurstof atoom. In slechts 1:2000 watermolekulen komt een ‘zwaar’ waterstof atoom voor.

Dit ‘zware’ water is nodig in sommige nucleaire reactoren omdat het snelle neutronen vertraagt; zou dit niet gebeuren dan kan een enorme nucleaire explosie ontstaan. Zwaar water centrales produceren tevens plutonium, wat het belangrijkste bestandsdeel van een atoombom is. Om deze reden dan ook probeerden de Nazis de zwaar water centrale van Noorwegen in handen te krijgen.

Na langdurige onderhandeligen met de NASA gelukte het Geiss in 1969 om de NASA zover te krijgen een eenvoudig experiment voor hem uit te voeren. Op vijf van de vijtien Apollo raketten met een missie naar de maan, werd door de astronauten gedurende een bepaalde tijd een aluminium vlag gehesen, varieerend van 77 minuten (Apollo 11) tot 45 uur (Apollo 16) en daarnaa mee terug genomen naar de aarde. Omdat de maan geen atmosfeer heeft, vermoedde Geiss dat dit de ideale plek was om de zonnewind te ‘voelen’. De elementaire deeltjes van de zonnewind zouden zich impregneren op de aluminium vlaggen. Toen Geiss de aluminium vlaggen onderzocht, bleek slecht 1:10.000 waterstof atomen een ‘zwaar’ atoom te zijn. Als de aarde en de zon uit dezelfde bron komen, waarom is er dan op aarde 5 keer zoveel zwaar waterstof als op de zon?

Die puzzel had Reeves dus voor hem in de trein opgelost. Nagenoeg op dezelfde manier als dat vandaag de dag nog gebeurt, isoleerden de Nazi’s het zware water van gewoon water in een bijna-vacuum omgeving en onder exteem lage temperaturen die het absolute nulpunt van minus 273 graden Celcius benaderden – vergelijkbaar dus met de omstandigheden in de ruimte waarbij zwaar water ontstaat.

De huidige kosmologische theorie stelt dat sterrenstelsels ontstaan als gigantische interstellaire gaswolken door hun gewicht condenseren waardoor een hete, brandende ster ontstaat in het centrum van een roterende schijf van nucleaire deeltjes en gas, waaruit uiteindelijk na miljoenen jaren planeten ontstaan.  Reeves voerde een aantal berekeningen uit en stelde vast dat de druk en de temperatuur in de baan waarmee de aarde om de zon roteert dezelfde chemische reakties bewerkstelligt als welke ontstaan in nucleaire reactoren welke deuterium produceren; in de ruimte duurt dit proces een stuk langer, maar de tijdsverhoudingen blijken te kloppen: ongeveer 10 miljoen jaar, genoeg om een verschil van 5x met de aarde te kunnen verklaren.

Toen Reeves in Bern uit de trein stapte en Geiss vertelde dat hij het probleem voor hem had opgelost, bleek dat Geiss inmiddels tot dezelfde conclusie was gekomen, zij het op iets andere wijze.

Nawoord

In 2001, 30 jaar na de eerste publicaties in 1971, ontvingen zowel Reeves als Geiss de Einstein prijs voor hun experiment en theorie die de dichtheid van materie in het heelal bij benadering berekent.