Das ballonbasierte Observatorium für kosmische Strahlung ist jetzt auf seiner zweiten Reise um die Antarktis

Im Jahr 2012 wurde das Ballon-Observatorium bekannt als die Super Trans-Eisen-Rekorder für galaktische Elemente (SuperTIGER) erhob sich in den Himmel, um Beobachtungen der galaktischen kosmischen Strahlung (GCRs) in großer Höhe durchzuführen. In der Tradition seines Vorgängers ( TIGER ) stellte SuperTiger einen neuen Rekord auf, nachdem er einen 55-tägigen Flug über der Antarktis absolviert hatte – der zwischen Dezember 2012 und Januar 2013 stattfand.

Am 16. Dezember 2019 ging das Observatorium nach mehreren Startversuchen wieder in die Luft und zweimal über die Antarktis gefahren in nur dreieinhalb Wochen. Wie sein Vorgänger ist SuperTIGER ein Gemeinschaftsprojekt zur Untersuchung der kosmischen Strahlung – hochenergetische Protonen und Atomkerne – die außerhalb unseres Sonnensystems entstehen und sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit durch den Weltraum bewegen.

Das SuperTIGER-Programm ist eine Kooperation zwischen der Washington University in St. Louis, der University of Minnesota und dem Goddard Space Flight Center (GSFC) der NASA und dem Jet Propulsion Laboratory am California Institute of Technology (Caltech). Dieses Balloninstrument wurde entwickelt, um die seltene Art der kosmischen Strahlung zu untersuchen, die aus den Atomkernen schwerer Elemente besteht.

Das ultimative Ziel besteht darin, zu erfahren, wo und wie diese Strahlen Geschwindigkeiten knapp unter der Lichtgeschwindigkeit erreichen können, sowie das aufkommende Modell zu testen, bei dem die kosmische Strahlung vermutlich in losen Haufen mit jungen, massereichen Sternen entsteht. Wie Brian Rauch – ein Assistenzprofessor an der Washington University und leitender Forscher für SuperTIGER – erklärte, der Schlüssel zum Erfolg ist Zeit:

„Die Aussagekraft unserer Beobachtung steigt mit der Anzahl der Ereignisse, die wir im Wesentlichen linear mit der Zeit beobachten, daher möchten wir einfach einen möglichst langen Flug haben, um die Statistik der gesammelten Daten zu maximieren. Ein Tag voller Daten ist ein kleiner Fortschritt, und wir müssen nur den Kopf senken und weiter mahlen.“

Um es zusammenzufassen, kosmische Strahlung sind energetische Teilchen, die von unserer Sonne, von anderen Sternen in der Galaxie und von anderen Galaxien insgesamt stammen. Der häufigste Typ, der etwa 90 % aller von Wissenschaftlern entdeckten Strahlen ausmacht, besteht aus Protonen oder Wasserstoffkernen, während Heliumkerne und Elektronen mit Abstand an zweiter und dritter Stelle stehen (mit 8 bzw. 1 %).

Das verbleibende 1% besteht aus den Kernen schwererer Elemente wie Eisen, deren Gemeinsamkeit je nach Masse abnimmt. Mit SuperTIGER sucht das Forschungsteam nach der seltensten Art von allen, den „ultraschweren“ kosmischen Strahlenkernen, die schwerer sind als Eisen – von Kobalt bis Barium. Diese Elemente werden in den Kernen massereicher Sterne gebildet, die dann in den Weltraum zerstreut werden, wenn die Sterne zur Supernova werden.

Infografik zur SuperTIGER-Mission. Bildnachweis: NASA/GSFC

Die Explosionen führen auch zu einem kurzen, aber intensiven Neutronenstoß, der mit Eisenkernen verschmelzen, in Protonen zerfallen und schwerere Elemente erzeugen kann. Die durch die Explosion erzeugte Stoßwelle fängt auch diese Teilchen ein und beschleunigt sie, bis sie zu schnell bewegten kosmischen Strahlen mit hoher Energie werden. John Mitchell, der leitende Co-Ermittler der Mission am Goddard Space Flight Center der NASA, erklärte:

„Schwere Elemente, wie das Gold in Ihrem Schmuck, werden durch spezielle Verfahren in Sternen hergestellt, und SuperTIGER möchte uns helfen zu verstehen, wie und wo dies geschieht. Wir sind alle Sternenstaub, aber wenn wir herausfinden, wo und wie dieser Sternenstaub hergestellt wird, können wir unsere Galaxie und unseren Platz darin besser verstehen.“

Wenn diese Strahlen auf die Erdatmosphäre treffen, explodieren sie und erzeugen Schauer von Sekundärteilchen, von denen einige Detektoren am Boden erreichen. Seit vielen Jahren nutzen Wissenschaftler diese Nachweise, um auf die Eigenschaften der ursprünglichen kosmischen Strahlung zu schließen. Außerdem erzeugen sie einen störenden Hintergrundeffekt, weshalb luftgestützte Instrumente sie viel effektiver untersuchen können.

Durch den Flug bis zu einer Höhe von 40.000 Metern (130.000 Fuß) über dem Meeresspiegel können SuperTIGER und ähnliche wissenschaftliche Ballons über 99,5% der Atmosphäre schweben. Nach mehreren wetterbedingten Verzögerungen begann der SuperTIGER-2-Flug am 16. Dezember 2019 in den frühen Morgenstunden, gefolgt von der ersten vollständigen Umdrehung des Ballons in der Antarktis bis zum 31. Dezember.

Darüber hinaus hatte das Missionsteam mit einigen technischen Pannen zu kämpfen, darunter Probleme mit der Stromversorgung und ein Computerausfall, der eines der Detektormodule früh im Flug eliminierte. Trotzdem brachte das Team den Ballon in die Luft, was das Balloon Program Office der NASA als ' Bilderbuchstart .“ Wie Rauch in einer Pressemitteilung der Universität kurz vor dem Start feststellte:

„Nach drei Antarktis-Saisons – mit 19 Startversuchen, zwei Starts und einer Bergung der Nutzlast aus einem Spaltenfeld – ist es wunderbar, dass SuperTIGER-2 endlich Schwebeflughöhe erreicht und mit dem Sammeln wissenschaftlicher Daten beginnt. Die dritte Staffel ist der Reiz!“

Wie bereits erwähnt, brach der SuperTIGER-1-Flug (2012-13) wissenschaftliche Ballonrekorde, indem er insgesamt 55 Tage über Wasser blieb. Diese Mission wird nicht versuchen, diesen Rekord anzufechten, und aufgrund der technischen Probleme des Teams gehen sie davon aus, dass SuperTIGER-2 etwa 40% der beim ersten Flug erreichten Statistiken sammeln wird.

Nach der zweiten Revolution um den Kontinent wartet das Team nun auf das Wetter, um das Ende der Mission zu bestimmen am Ende unserer zweiten Revolution um den Kontinent“, sagte Rauch.

Wie bei allen kosmischen Mysterien ist der wahre Schlüssel zu ihrer Lösung die gute, altmodische Geduld!

Weiterlesen: WU St. Louis