Wie aan een telescoop denkt, ziet meestal een koepel of een enorme schotel. LOFAR past niet in dat plaatje. De Low Frequency Array bestaat uit tienduizenden eenvoudige antennes zonder bewegende delen, met de kern bij Exloo in Drenthe en stations verspreid over Nederland en andere Europese landen. Samen luisteren ze naar het heelal in het laagfrequente radiospectrum, tussen ongeveer 10 en 240 megahertz. Het richten gebeurt niet met motoren maar met software, en daarom wordt LOFAR vaak een softwaretelescoop genoemd.
Na vele jaren intensief waarnemen staat LOFAR voor een uitdaging die weinig met sterren te maken heeft en alles met opslagruimte en onderhoud.
Een telescoop die uit data bestaat
Omdat het beeld in software wordt samengesteld, is LOFAR net zo goed een datamachine als een meetinstrument. De signalen van alle stations gaan via snelle verbindingen naar een centrale verwerkingsfaciliteit in Groningen, waar ze worden gecombineerd tot bruikbare waarnemingen. Wat daarna bewaard moet blijven, belandt in het Long Term Archive, dat verdeeld is over de datacentra van SURF in Nederland en rekencentra in het Duitse Jülich en het Poolse Poznań.
In de loop der jaren groeide het archief van de eerste generatie LOFAR uit tot meer dan dertig petabyte. Opslag kost echter geld, energie en beheer. Bovendien staat LOFAR aan de vooravond van een grote upgrade die nog meer data zal opleveren. Voor ASTRON, het Nederlands Instituut voor Radioastronomie in Dwingeloo, was het dus tijd voor een grondige opruimronde.
Wat de wetenschap niet meer nodig heeft
Het programma daarvoor heet LOFAR Data Valorisation, kortweg LDV. Het uitgangspunt is eenvoudig: niet elke waarneming heeft blijvende waarde. Vooral de data uit de eerste waarneemcycli van LOFAR werden kritisch doorgelicht. Materiaal waarvan werd vastgesteld dat het geen erfgoedwaarde heeft voor toekomstig onderzoek, is uit het archief verwijderd.
Daar blijft het niet bij. Voor oudere waarnemingen die wetenschappelijke teams nog wel willen bewaren, past ASTRON achteraf de compressietechnieken toe die inmiddels standaard zijn. Dat gebeurt in overleg met de teams die om behoud hebben gevraagd, zodat onderzoekers niets kwijtraken wat ze nog nodig hebben.
Het resultaat mag er zijn. Het archief van de eerste generatie LOFAR is in omvang gehalveerd en meer dan vijftien petabyte kleiner geworden. Om dat getal voor te stellen: vijftien petabyte komt overeen met de volledige opslag van zo’n dertigduizend laptops met een schijf van 500 gigabyte.
Een opruimklus met haperingen
De schoonmaak verloopt niet zonder hobbels. Volgens ASTRON lag het tempo lager dan gehoopt, deels doordat de infrastructuur van externe partners tijdelijk niet beschikbaar was vanwege onderhoud aan de dCache-opslagsystemen op de archieflocaties. Daarnaast bleken de eigen servers van ASTRON, waarop de LDV-diensten draaien, onvoldoende krachtig.
Toch werd een belangrijke mijlpaal bereikt. In Jülich werd de eerste petabyte aan opslagruimte bespaard dankzij LDV-operaties die op die locatie zelf worden uitgevoerd. De komende jaren moeten de besparingen verder oplopen, nu de verwerking in Jülich doorloopt en ook wordt uitgebreid naar Poznań.
Antennes die niet meer te maken zijn
De opruimactie gaat niet alleen over data. Ook de hardware in het veld laat zijn leeftijd zien. LOFAR werkt met twee soorten antennes: de Low Band Antennas voor de laagste frequenties en de High Band Antennas, die in vierkante tegels zijn gegroepeerd. De oorspronkelijke ontwerpen zijn ruim vijftien jaar oud en kunnen niet meer worden geproduceerd. Wie een versleten antenne wil vervangen, kan dus niet zomaar een nieuw exemplaar van hetzelfde type laten maken.
De raad van LOFAR ERIC, het Europese consortium dat de telescoop exploiteert, heeft daarom groen licht gegeven voor een herontwerp van zowel de LBA- als de HBA-antennes. Zonder vervangbare antennes kan het netwerk op termijn niet op volle sterkte blijven werken.
Klaar voor LOFAR2.0
Al dit werk staat in het teken van LOFAR2.0, de grootschalige vernieuwing van de telescoop. De stations krijgen nieuwe elektronica, waardoor onder meer gelijktijdig met beide antennetypes kan worden waargenomen. Een werkgroep legt intussen per type data vast hoe de toekomstige dataproducten eruit moeten zien.
Ook de wetenschappelijke gemeenschap bereidt zich voor. Alle teams die een groot waarneemprogramma voor LOFAR2.0 hebben voorgesteld, hebben een datamanagementplan ingediend waarin ze beschrijven hoe ze met hun gegevens omgaan. Die plannen zijn levende documenten die worden bijgewerkt zodra de aanpak van een team wezenlijk verandert. Ze helpen om tijdig voldoende opslag- en rekencapaciteit te regelen.
Precies daarom is de schoonmaak van het oude archief zo belangrijk. Elke vrijgemaakte petabyte is ruimte voor nieuwe waarnemingen van een telescoop die straks gevoeliger en flexibeler wordt dan ooit.
Oude data, nieuwe ontdekkingen
Opruimen betekent overigens niet dat de eerste generatie LOFAR heeft afgedaan. Op de jaarlijkse LOFAR-bijeenkomst in Dublin presenteerden onderzoekers een brede reeks nieuwe resultaten op basis van LOFAR1-data. Het archief dat overblijft is geen stoffige opslagruimte, maar een actieve bron voor onderzoek naar pulsars, radiostraling van de zon, gepolariseerde straling, de ionosfeer en zelfs de zoektocht naar exoplaneten.
Nieuwe generaties onderzoekers leren intussen met die gegevens werken, bijvoorbeeld tijdens de LOFAR Data School in Dwingeloo. Daar krijgen ze ook een vooruitblik op LOFAR2.0.
Dwingeloo heeft een lange traditie in de Nederlandse radioastronomie, van de historische schotel die we eerder beschreven in ons overzicht van astronomische waarnemingscentra tot het hoofdkantoor van ASTRON dat nu de toekomst van LOFAR voorbereidt. De grote schoonmaak laat zien dat een moderne telescoop onderhouden meer is dan antennes vervangen. Het betekent ook durven kiezen wat je bewaart, wat je comprimeert en wat je loslaat, zodat er ruimte blijft om het heelal opnieuw te beluisteren.