26.04.2003 / Autor: Jan Großmann Astronomie > Beobachtung

Neutrino-Teleskope

Dieser Artikel behandelt eine neue und innovative Technologie, den Weltraum zu erforschen, den Neutrinoteleskopen. Warum aber eröffnet diese Art von Teleskopen neue Möglichkeiten?



Jede Sekunde durchstoßen Milliarden Neutrinos jeden Quadratmeter Materie der Erde, jedoch (fast) ohne sie zu beeinflussen
(Bild: NASA)
Um diese Frage zu beantworten, muss man sich zuerst anschauen, was wir heutzutage messen, um Ereignisse im Weltall zu enträtseln. Unsere heutigen Teleskope messen eine Vielzahl elektromagnetischer Strahlungen, so zum Beispiel Gammastrahlen, Radiowellen und natürlich das uns sichtbare Licht. Diese Strahlen haben jedoch einen strategischen Nachteil: Sie können relativ leicht durch Materie gestoppt werden.

Und genau an diesem Punkt kommen die Neutrinos ins Spiel. Diese Teilchen sind zunächst nur eine Hypothese, die entstand, als sich der Physiker Wolfgang Pauli einen Energieverlust beim Zerfall eines radioaktiven Elements nicht erklären konnte. Da sich Energie, wie jeder Physiker weiß, nicht in nichts auflösen kann, erschuf er kurzerhand die Neutrinos. Er bezeichnete sie als Teilchen, die entstehen, wenn ein Element zerfällt, die jedoch keine Ladung besitzen und sich mit Lichtgeschwindigkeit vom Reaktionsort entfernen. Auch beschrieb er die Teilchen als so klein, dass sie jegliche Materie durchdringen könnten.

Jahre später griffen Wissenschaftler diese Theorie wieder auf, um sie für die Erforschung des Weltraums zu nutzen. Denn wenn es uns möglich wäre, Teilchen zu messen, die jede andere Materie fast mühelos durchdringen können und nicht durch magnetische Felder abgelenkt werden, würde uns das Einblicke in Bereiche des Universums geben, die uns keine andere messbare Strahlung ermöglicht.

Nun fragt man sich, wie man neutrale Teilchen misst, die fast jede Materie durchdringen? Mit dieser Frage quälten sich Wissenschaftler lange Zeit herum. Heute weiß man, dass Neutrinos, die zufällig auf einen Atomkern prallen, zu so genannten Myonen werden, einer Art schwerer Elektronen. Diese Myonen bewegen sich in der gleichen Richtung und mit annähernd gleicher Geschwindigkeit weiter. Sie haben jedoch einen entscheidenden Vorteil: Sie senden bläuliche Lichtblitze aus! Mit diesen blauen Lichtblitzen haben Wissenschaftler die Möglichkeit, die Richtung und die Menge der Neutrinos zu messen. Jedoch ergeben sich auch hier Probleme. Zunächst ist die Rate, in der sich solche Lichtblitze zeigen, sehr gering. Auf Grund der Eigenschaft der Neutrinos, fast jede Materie zu durchdringen, stoßen sie nur selten mit einem Atomkern zusammen.



Dieses Neutrino-Teleskop weicht durch seine Lage tief unten in einem alten Bergwerk dem störenden Hintergrundrauschen aus.
Weiterhin sind die Lichtblitze, die auf diese Art erzeugt werden, extrem schwach. Sie müssen durch sogenannte Photomultiplier verstärkt werden, damit sie überhaupt messbar sind. Man müsste also eine Vielzahl höchst empfindlicher Fotozellen verteilen, die jeden noch so geringen Lichtblitz registrieren.

Hierdurch ergibt sich das dritte Problem, das als am schwersten überwindbar erscheint: Das Hintergrundrauschen. Je empfindlicher man die Photomultiplier macht, desto wahrscheinlicher ist es auch, dass sie durch andere Strahlung beeinträchtigt werden. Man versuchte also, die Detektoren in tiefen Tunneln oder tief im Erdreich zu positionieren, um diese Störgrößen möglichst klein zu halten. Diese Versuche waren jedoch weniger erfolgreich und ihnen waren von Anfang an praktische Grenzen gesetzt.

Jedoch hatte ein russischer Wissenschaftler in den früher sechziger Jahren bereits die Idee, den Ozean als Filter für jene kosmische Störstrahlung zu verwenden. Dieser Vorschlag wurde jedoch als Utopie abgetan und ihm wurde keine weitere Beachtung geschenkt. Erst Jahrzehnte später wurde diese Idee wieder aufgegriffen - mit dem DUMAND Projekt.

Dieses Projekt beinhaltet ein in 5.000 Metern versenktes Neutrinoteleskop vor der Küste Hawaiis. Dieses Teleskop nutzt das extrem klare Wasser dieser Gegend, um das schwache Leuchten der Neutrinos zu messen. Man kann sich vorstellen, dass der Bau eines in 5000 Metern tiefen Teleskops Komplikationen mit sich bringt.



Das Amanda-Projekt macht sich tief in der Antarktis auf der Suche nach Neutrinos, die bereits einmal quer durch den Erdball geflogen sind.
Daher entschloss man sich für ein noch innovativeres Projekt, das AMANDA Projekt, das am Südpol stattfindet. Hier werden mit Hilfe von heißem Wasser Schächte bis zu tausend Metern Tiefe in das antarktische Eis gebohrt und in diesen Reihen von Detektoren angebracht, die die Myonenstrahlung messen sollen. Aufgrund des extrem klaren Eises in diesen Tiefen ist dies möglich. Jedoch beschweren sich heute schon Eisforscher darüber, mit welchen Methoden hier vorgegangen wird. Denn anstatt das Eis wie üblich mit Bohrern aus der Tiefe zu holen, wird es mit dem heißen Wasser einfach aufgelöst und es gehen somit wichtige Forschungsobjekte verloren.

Noch erwähnenswert ist, dass diese Teleskope nicht wie üblich vom Erdball direkt ins Weltall schauen. Sie blicken vielmehr durch die Erde hindurch ins All, wodurch sie die Erdmassen als Filter für die Hintergrundstrahlung benutzen. Die Neutrinos, die also letztendlich ins Netz der Wissenschaftler gehen, sind nicht nur durch die halbe Galaxie geflogen, sondern haben als letzte Grenze auch noch unseren Heimatplaneten durchquert.

Momentan steht die Neutrinoforschung noch am Anfang, es ist jedoch auf Grund der oben genannten Vorteile zu erwarten, dass sie eine entscheidende Rolle bei der Erforschung des Weltalls spielen wird.

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