Im Jahr 2012 stieg das als Super Trans-Iron Galactic Element Recorder (SuperTIGER) bekannte Observatorium im Ballon in den Himmel, um Beobachtungen von galaktischen kosmischen Strahlen (GCRs) in großer Höhe durchzuführen. SuperTiger setzte die Tradition seines Vorgängers (TIGER) fort und stellte nach einem 55-tägigen Flug über die Antarktis - der zwischen Dezember 2012 und Januar 2013 stattfand - einen neuen Rekord auf.
Am 16. Dezember 2019 flog das Observatorium nach mehreren Startversuchen erneut in die Luft und überquerte die Antarktis innerhalb von nur dreieinhalb Wochen zweimal. Wie sein Vorgänger ist SuperTIGER eine gemeinsame Anstrengung, um kosmische Strahlen - hochenergetische Protonen und Atomkerne - zu untersuchen, 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) und dem Jet Propulsion Laboratory der NASA am California Institute of Technology (Caltech). Dieses aus Ballons stammende Instrument wurde entwickelt, um die seltene Art der kosmischen Strahlung zu untersuchen, die aus den Atomkernen schwerer Elemente besteht.
Das ultimative Ziel ist es zu lernen, wo und wie diese Strahlen Geschwindigkeiten erreichen können, die nur knapp unter der Lichtgeschwindigkeit liegen, und das aufkommende Modell zu testen, bei dem angenommen wird, dass kosmische Strahlen aus losen Clustern stammen, die junge, massive Sterne enthalten. Wie Brian Rauch - Assistenzprofessor an der Washington University und Hauptforscher für SuperTIGER - erklärte, ist der Schlüssel zum Erfolg die Zeit:
„Die Bedeutung unserer Beobachtung nimmt mit der Anzahl der Ereignisse zu, die wir im Wesentlichen linear mit der Zeit beobachten. Deshalb möchten wir einfach so lange wie möglich fliegen, um die Statistik der gesammelten Daten zu maximieren. Ein Tag voller Daten ist eine kleine Steigerung des Fortschritts, und wir müssen nur den Kopf senken und weiter schleifen. “
Zusammenfassend sind kosmische Strahlen energetische Teilchen, die von unserer Sonne, von anderen Sternen in der Galaxie und von anderen Galaxien insgesamt stammen. Der häufigste Typ, der ungefähr 90% aller von Wissenschaftlern detektierten Strahlen ausmacht, besteht aus Protonen oder Wasserstoffkernen, während Heliumkerne und Elektronen an zweiter und dritter Stelle stehen (8% bzw. 1%).
Die restlichen 1% bestehen aus den Kernen schwererer Elemente wie Eisen, deren Gemeinsamkeit je nach Masse abnimmt. Mit SuperTIGER sucht das Forscherteam nach dem seltensten Typ von allen, den „ultraschweren“ Kernen der kosmischen Strahlung, die schwerer als Eisen sind - von Kobalt bis Barium. Diese Elemente bilden sich in den Kernen massereicher Sterne, die sich dann im Weltraum verteilen, wenn die Sterne in die Supernova gehen.
Die Explosionen führen auch zu einem kurzen, aber intensiven Ausbruch von Neutronen, die mit Eisenkernen verschmelzen, in Protonen zerfallen und schwerere Elemente erzeugen können. Die durch die Explosion erzeugte Stoßwelle fängt diese Teilchen ebenfalls ein und beschleunigt sie, bis sie sich schnell bewegende hochenergetische kosmische Strahlen werden. John Mitchell, der leitende Co-Ermittler der Mission im Goddard Space Flight Center der NASA, erklärte:
„Schwere Elemente wie das Gold in Ihrem Schmuck werden durch spezielle Prozesse in Sternen hergestellt. 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 verwenden Wissenschaftler diese Detektionen, um auf die Eigenschaften der ursprünglichen kosmischen Strahlung zu schließen. Sie erzeugen auch einen störenden Hintergrundeffekt, weshalb Instrumente in der Luft sie viel effektiver untersuchen.
SuperTIGER und ähnliche wissenschaftliche Ballons können in einer Höhe von 40.000 Metern über dem Meeresspiegel über 99,5% der Atmosphäre schweben. Nach mehreren wetterbedingten Verspätungen begann der SuperTIGER-2-Flug am 16. Dezember 2019 in den frühen Morgenstunden, woraufhin der Ballon am 31. Dezember seine erste vollständige Umdrehung der Antarktis vollendete.
Darüber hinaus musste sich das Missionsteam mit einigen technischen Störungen auseinandersetzen, darunter Probleme mit der Stromversorgung und ein Computerausfall, durch den eines der Detektormodule zu Beginn des Fluges beseitigt wurde. Trotzdem brachte das Team den Ballon in die Luft, was das NASA-Büro für Ballonprogramme als "bildschönen Start" bezeichnete. Wie Rauch in einer Pressemitteilung der Universität kurz vor dem Start feststellte:
„Nach drei antarktischen Jahreszeiten - mit 19 Startversuchen, zwei Starts und einer Wiederherstellung der Nutzlast von einem Gletscherspaltenfeld - ist es wunderbar, dass SuperTIGER-2 endlich die Schwimmhöhe erreicht und mit der Erfassung 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 in Frage zu stellen. Aufgrund der technischen Probleme, die das Team hatte, gehen sie davon aus, dass SuperTIGER-2 etwa 40% der mit dem ersten Flug erzielten Statistiken sammeln wird.
Nachdem die zweite Revolution auf dem Kontinent nun abgeschlossen ist, wartet das Team nun auf das Wetter, um zu bestimmen, wann die Mission endet. „So wie die stratosphärischen Winde in dieser Saison zirkulieren, wird unser Flug beendet, wenn der Ballon über einen geeigneten Ort kommt am Ende unserer zweiten Revolution auf dem Kontinent “, sagte Rauch.
Wie bei allen kosmischen Mysterien ist der gute Schlüssel zu ihrer Lösung die altmodische Geduld!
