Für viele ist es ein Kindheitstraum: einmal den Winter am wohl unwirtlichsten Ort der Erde verbringen. Die Amundsen-Scott-Südpolstation wurde 1956 gegründet, seither stetig ausgebaut und sie ist das ganze Jahr über besetzt. Eine der wichtigsten Aufgaben der Station ist die astronomische Forschung, denn an kaum einem anderen Ort der Erdoberfläche ist die Luft so dünn und trocken. Doch der Betrieb der verschiedenen Observatorien mitten in der vereisten Antarktis ist herausfordernd und erfordert erfahrenes Personal.

In dieser Folge erzählt der Astrophysiker Robert Schwarz, wie er für eine US-Universität zum Südpol-Überwinterer wurde. Es geht um das erste Neutrinoexperiment, das ins antarktische Eis eingelassen wurde und Infrarotteleskope, die Blicke ins junge Universum ermöglichen. Der Betrieb brachte nicht nur Technik, sondern auch den Techniker an seine Belastungsgrenze. Robert Schwarz hat jetzt gemeinsam mit der Wissenschaftsjournalistin Felicitas Mokler ein Buch über seine Erfahrungen geschrieben, aus dem er hier erzählt.

Im AstroGeo Podcast erzählen sich die Wissenschaftsjournalisten Franziska Konitzer und Karl Urban alle zwei Wochen eine Geschichte, die ihnen entweder die Steine unseres kosmischen Vorgartens eingeflüstert – oder die sie in den Tiefen und Untiefen des Universums aufgestöbert haben. Der Podcast ist auch auf iTunes oder Spotify zu finden.

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• Antarktis-Neutrinoteleskop IceCube
• AstroGeo Podcast

Der Beitrag AstroGeo Podcast: Überwintern am Südpol erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Johannes Gutenberg-Universität (JGU) Mainz 22. Oktober 2022.

22. Oktober 2022 – Seit 2010 sucht das IceCube-Neutrino-Observatorium am Südpol nach hochenergetischen Neutrinos aus dem Weltall. Das Experiment besteht aus 5.160 optischen Sensoren, den sogenannten digitalen optischen Modulen (DOMs), die bis zu 2,5 Kilometer tief in einem Kubikkilometer antarktischen Eises versenkt sind. Wenn ein Neutrino mit einem Molekül im Eis wechselwirkt, entsteht charakteristisches blaues Cherenkov-Licht. Dieses wandert durch das Eis und kann einige der DOMs erreichen, wo es nachgewiesen wird. Die Forschenden können dann die Energie und Richtung des Ursprungs-Neutrinos rekonstruieren; ein Prozess, der auf der Kenntnis der optischen Eigenschaften des Eises beruht.

Im Jahr 2013 meldete die IceCube-Kollaboration eine einzigartige Beobachtung, bei der die Helligkeit einer Lichtquelle im Eis von der Richtung des Lichts abhängt, aus der es beobachtet wird. Bislang haben Forscher versucht, diese sogenannte Anisotropie mit Variationen der durch Verunreinigungen verursachten Absorption und Streuung zu beschreiben – mit begrenztem Erfolg.

In einer aktuellen Studie, die heute bei der Zeitschrift The Cryosphere Discussions erschienen ist, berichtet die IceCube-Kollaboration erstmals über einen neuen optischen Effekt. Er ist das Ergebnis der doppelbrechenden Eigenschaften der länglichen Eiskristalle. Die neu gewonnenen Erkenntnisse flossen in ein neues, auf Doppelbrechung basierendes optisches Modell des Eises ein, welches die Interpretation der Lichtmuster, die sich aus den Teilchenwechselwirkungen im Eis ergeben, erheblich verbessert hat.

Es kommt auf die Eisstruktur an
Um frühere Versuche, die Anisotropie zu simulieren, zu verbessern, untersuchten die Forscher den Anisotropieeffekt genauer. Ihre Ergebnisse veranlassten sie zu der Annahme, dass die vielen zufällig angeordneten kleinen Kristalle, aus denen das Eis besteht – und nicht nur enthaltene Verunreinigungen – bei der beobachteten Anisotropie eine Rolle spielen.

„Dann erkannten wir, dass wir bei Annahme gekrümmter Lichtbahnen mit winzigen Ablenkungen von weniger als einem Grad pro Meter die IceCube-Daten plötzlich genau beschreiben können. Dies brachte die Dinge erst richtig ins Rollen.“, sagt Dr. Martin Rongen, Forscher am Exzellenzcluster PRISMA+ der Johannes Gutenberg-Universität Mainz und federführend bei der aktuellen Analyse. „Die nächste Frage war: Wie kommt diese Krümmung zustande? Die Antwort liegt in der Mikrostruktur des Eises: Denn in der Tat ergibt sich bei der Berechnung und Simulation der Lichtstreuung durch doppelbrechendes polykristallines Eis, wie es in IceCube vorkommt und wo die Kristalle im Durchschnitt entlang der Fließrichtung des Eises gestreckt sind, eine solche Ablenkung.“

Für die Studie simulierten die Forscher viele verschiedene Wege, die das Licht innerhalb des IceCube Detektors zurücklegen könnte – und legten dabei tausende unterschiedlicher Kristallkonfiguration im Eis zugrunde. Anschließend verglichen sie die simulierten Daten mit einem großen Kalibrierungsdatensatz. Dieser umfasst Daten von 60.000 LEDs, die an allen DOMs angebracht sind und konsistente Lichtpulse in das Eis aussenden. Aus dem Vergleich konnten die Forscher auf die durchschnittliche Form und Größe der Eiskristalle in IceCube schließen.

Um diese aufregende neue Entdeckung bei der Erforschung kosmischer Neutrinos nutzen zu können, erstellte die IceCube-Kollaboration neue Simulationen und passte die derzeitigen Rekonstruktionsmethoden an. Dieses neue Verständnis wird IceCube nicht nur dabei helfen, Neutrino-Wechselwirkungen noch besser zu rekonstruieren, sondern hat auch Auswirkungen auf das Gebiet der Glaziologie.

„Mich fasziniert der Gedanke, das Eis von Grund auf zu verstehen“, sagt Martin Rongen, „Eiskristalleigenschaften werden insbesondere untersucht, um die Mechanik des Eisflusses nachvollziehen zu können. Das wiederum ist Grundlage, um die antarktische Massenbilanz und den daraus resultierenden Anstieg des Meeresspiegels in einem sich ändernden Klima vorhersagen zu können.“

Originalartikel:
“In-situ estimation of ice crystal properties at the South Pole using LED calibration data from the IceCube Neutrino Observatory,” The IceCube Collaboration: R. Abbasi et al., The Cryosphere Discussions
https://tc.copernicus.org/preprints/tc-2022-174/

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• physikalische Grundlagenforschung
• Antarktis-Neutrinoteleskop „IceCube“

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Hundert Jahre lang hat die Suche nach Gravitationswellen gedauert: jene Kräuselungen in der Raumzeit, die das Universum zum Tschilpen und Brummen bringen. Auch am Südpol hatten Forscherinnen und Forscher danach gesucht, analysierten jahrelang ihre Daten und konnten so schließlich im Jahr 2014 verkünden: Gefunden! Und, was ziemlich praktisch war: Jene Gravitationswellen wären ein Beleg dafür, dass sich der Urknall und die anschließende kosmische Inflation genauso abgespielt haben, wie man sich das standardmäßig vorstellt. Dieser Beleg wäre damit auch noch gleich erbracht.

Doch statt dem Happy End gab es Pleiten, Pech und Pannen: Das Gravitationswellensignal zerfiel nur wenig später zu Staub. Franzi erzählt Karl die Geschichte von BICEP2, der Jagd nach primordialen Gravitationswellen und was das alles mit einem sich exponentiell schnell aufblähenden Universum und interstellarem Staub zu tun hat.

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• Gravitationswellen

Der Beitrag AstroGeo Podcast: Die ersten Gravitationswellen zerfielen zu Staub erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: DLR.

Das Ozonloch über der Antarktis war Anfang Dezember so groß wie noch nie zu dieser Zeit. Es nahm eine Fläche von etwa 18 Millionen Quadratkilometern ein. Damit überragte es die Landfläche der gesamten Antarktis (etwa 14 Millionen Quadratkilometer) erheblich. Es handelt sich um das extremste Ausmaß für diese Jahreszeit in den letzten 41 Jahren. Seitdem erfassen die Atmosphärenforscher im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) die Daten. Eigentlich sollte das Ozonloch über der Südhalbkugel im Dezember schon so gut wie verschwunden sein. Denn in der Antarktis beginnt der Sommer: Mit dem Sonnenschein am Polartag ändern sich normalerweise die Druck- und Windverhältnisse, die das Ozonloch spätestens Anfang November in sich zusammenfallen lassen.

Aber nicht in diesem Jahr, wie die Wissenschaftler im Deutschen Fernerkundungsdatenzentrum (DFD) des DLR festgestellt haben. Die Ausprägung des Ozonlochs über dem Südpol wird durch einen polaren Wirbel bestimmt, der vom Boden aus 50 Kilometer hoch in die Stratosphäre reicht. „Man kann sich diesen Wirbel als ein großes Tiefdruckgebiet in der Stratosphäre vorstellen“, erklärt Lisa Küchelbacher vom DFD. „Ein sehr starker Westwind am Rand des polaren Wirbels verhindert in der Kälte der Polarnacht größtenteils den Luftmassenaustausch zwischen Äquator und Pol.“ Wenn im Frühling am Südpol langsam die Sonne aufgeht und Energie liefert, beginnt der Ozonabbau im polaren Wirbel durch eine chemische Reaktion. Mit zunehmender Wärme lässt der Westwind nach. Letztlich kehren sich die Windverhältnisse um und das Ozonloch wird kleiner. „Die Umstellung von West- auf Ostwindsystem hat erst sehr spät stattgefunden“, sagt Lisa Küchelbacher. „Möglicherweise lag dies an der diesmal ungewöhnlich starken Ausbildung des polaren Wirbels auf der Südhalbkugel.“

Planetare Wellen zu schwach
Die Ursache dafür ist wiederum eine Schwäche der sogenannten planetaren Wellen. Diese sorgen in der Stratosphäre für den Luftaustausch zwischen den Polargebieten und den mittleren Breiten. Sie lassen den polaren Wirbel schwanken und beeinflussen den Wind. Wegen der geringen Aktivität der Wellen blieb der polare Wirbel aber kreisrund über dem Südpol. Erst ab dem 5. Dezember nahm die Aktivität der Wellen zu, was nun einen Wechsel auf die südpolaren Sommerbedingungen eingeleitet hat.

Was hat der Pazifik mit dem Ozonloch zu tun?
Möglicherweise beeinträchtigt eine besondere Situation im Pazifik die planetaren Wellen: In Äquatornähe spielt sich die El-Niño-Southern-Oscillation (ENSO) ab, die alle drei bis sieben Jahre weltweit die Dynamik beeinflusst. Der Mechanismus ist zurückzuführen auf eine Kopplung zwischen Ozean und Atmosphäre. Die Oberfläche des Pazifiks ist vor der Westküste Lateinamerikas gerade besonders kalt. Das heißt, der Ozean liefert wenig Energie für die planetaren Wellen. „Es könnte also sein, dass der polare Wirbel in der südhemisphärischen Stratosphäre auch durch den Einfluss von ENSO so stabil war. Das kann die Ausbildung des Ozonlochs besonders begünstigt haben“, erklärt Lisa Küchelbacher.

Im Frühjahr 2020 gab es auf der Nordhalbkugel ebenfalls einen außergewöhnlich starken und stabilen Polarwirbel: Auch im März wurden Rekordwerte gemessen. Ob ein Zusammenhang mit den aktuellen Werten über der Antarktis besteht, ist noch unklar.

Verwandte Meldung bei Raumfahrer.net:

• DLR: Ozonloch in der Arktis (25. März 2020)

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• Ozonloch

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Quelle: Max-Planck-Institut für Radioastronomie.

Das Neutrino-Ereignis IceCube 170922A, entdeckt mit dem IceCube-Neutrinoobservatorium am Südpol, kann mit hoher Wahrscheinlichkeit mit der aktiven Galaxie TXS 0506+056 in Verbindung gebracht werden, die in einer Entfernung von 3,8 Milliarden Lichtjahren liegt. TXS 0506+056 ist nur eine von zahlreichen aktiven Galaxien und es war zunächst rätselhaft, warum bis jetzt nur diese Galaxie ein von der Erde aus nachweisbares Neutrino erzeugt hat.

Ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Silke Britzen vom Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie hat hochaufgelöste Radiobeobachtungen von TXS 0506+56 aus den Jahren 2009 bis 2018, also bevor und nach dem Neutrino-Ereignis, untersucht. Das Team erklärt die verstärkte Neutrinoaktivität während eines früheren Neutrinoausbruchs und das mit IceCube nachgewiesene Neutrino durch einen kosmischen Zusammenstoß innerhalb der Galaxie. Das Aufeinandertreffen von Materie im Wechselwirkungsbereich des Jets in der Umgebung eines supermassereichen Schwarzen Lochs könnte zur Erzeugung der Neutrinos geführt haben.

Die Ergebnisse wurden am 2. Oktober 2019 in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Am 12. Juli 2018 hat die IceCube-Kollaboration die Entdeckung des ersten hochenergetischen Neutrinos, IceCube-170922A, bekanntgegeben, das auf einen Ursprung in großer kosmischer Entfernung zurückgeführt werden konnte. Während der Ursprung in größerer Entfernung im Kosmos für Neutrinos schon lange Zeit vermutet wurde, ist dies das erste Mal, das die Herkunft eines Neutrinos aus einer fernen Galaxie bestätigt werden konnte. Die „Heimat“ des Neutrinos ist ein sogenannter aktiver galaktischer Kern („Active Galactic Nucleus“, AGN), eine Galaxie mit einem supermassereichen Schwarzen Loch als Zentralquelle. Ein internationales Forscherteam konnte nun den Entstehungsprozess für dieses Neutrino aufklären und fand den entsprechenden Vorgang zu einem Teilchenbeschleuniger auf der Erde: ein kosmischer Zusammenstoß von Materie aus Teilchenstrahlen oder Jets.

Aktive galaktische Kerne sind die energiereichsten Objekte in unserem Universum. Angetrieben durch supermassereiche Schwarze Löcher wird Materie auf die Zentralquelle akkretiert und Teilchenstrahlen bzw. Plasmaströme (sogenannte Jets) werden in den intergalaktischen Raum hinausgeschleudert. BL-Lac-Objekte (benannt nach dem Prototyp BL Lacertae im Sternbild Eidechse) bilden eine spezielle Klasse solcher AGN, bei denen der Jet zufällig in Richtung Erde ausgerichtet ist und die beobachtete Strahlung dominiert. Das Neutrino-Ereignis IceCube-170922A hat allem Anschein nach seinen Ursprung in dem BL-Lac-Objekt TXS 0506+056, einer Galaxie mit einer Rotverschiebung von z=0,34. Das entspricht einer Lichtlaufzeitentfernung von 3,8 Milliarden Lichtjahren. Untersuchungen der IceCube Collaboration von Archivdaten hatten zuvor Hinweise auf erhöhte Neutrino-Aktivität aus derselben Galaxie für die Zeit zwischen September 2014 und März 2015 ergeben.

Andere BL-Lac-Objekte zeigen Eigenschaften ganz ähnlich zu denen von TXS 0506+056. „Es war schon etwas rätselhaft, warum gerade diese Galaxie als Quelle für ein Neutrino-Ereignis identifiziert werden konnte“, erklärt Silke Britzen vom Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR), die Erstautorin der Veröffentlichung. „Wir wollten herausfinden, was TXS 0506+056 so speziell macht, um den Entstehungsprozess für Neutrinos zu verstehen und den Ort der Entstehung genauer zu lokalisieren. Dazu haben wir hochaufgelöste Radiobilder des Jets in dieser Quelle untersucht.“

Zu ihrer großen Überraschung fanden die Forscher eine nicht erwartete Wechselwirkung im Jet-Material von TXS 0506+056. Während das Plasma im Jet normalerweise gleichförmig in einer Art Strömungskanal fließt, scheint die Situation in dieser Galaxie anders zu sein. Das Team geht davon aus, dass sowohl die verstärkte Neutrinoaktivität während eines Neutrinoausbruchs in den Jahren 2014 und 2015 sowie das Einzelneutrino IceCube-170922A durch einen kosmischen Zusammenstoß innerhalb der Galaxie TXS 0506+056 erklärt werden können.

Diese kosmische Kollision kann zurückgeführt werden auf neu erzeugtes Jetmaterial, das auf einen älteren Jet auftrifft. Die stark gekrümmte Struktur des Jets in den Beobachtungen ist ein Beleg für eine solche Annahme. Eine weitere mögliche Erklärung ist die Kollision zweier Jets in der gleichen Quelle. In beiden Szenarien ist es die Kollision von Jetmaterial, die das Neutrino erzeugt.

Markus Böttcher von der North-West-Universität in Potchefstroom (Südafrika), ist Ko-autor der Veröffentlichung und hat die Modellrechnungen bzgl. Strahlung und Teilchenemission durchgeführt. „Die Kollision von Jetmaterial ist im Moment der einzige verfügbare Mechanismus, der die Entdeckung eines Neutrinos aus dieser Quelle erklären kann. Sie gibt uns auch wichtige Einsichten bzgl. des Jetmaterials und löst die lange bestehende Frage, ob die Jets eher aus leptonischem Material, also Elektronen und Positronen, oder aus hadronischem Material, also Elektronen und Protonen, oder aus einer Kombination von beidem bestehen. Zumindest ein Teil des Materials muss hadronisch sein, sonst hätten wir das Neutrino nicht entdeckt.“

Im Lauf der kosmischen Evolution unseres Universums scheinen Kollisionen von Galaxien recht häufig aufzutreten. Unter der Annahme, dass zwei miteinander kollidierende Galaxien beide ein supermassereiches Schwarzes Loch im Zentrum aufweisen, erzeugt die Kollision dieser Galaxien ein Paar von Schwarzen Löchern im Zentrum, das sich in immer geringer werdendem Abstand umkreist und schließlich miteinander fusioniert. Bei dieser Verschmelzung werden Gravitationswellen ausgesandt. Dieser Vorgang ist bei supermassereichen Schwarzen Löchern äquivalent zur Fusion wesentlich masseärmerer stellarer Schwarzer Löcher, deren Gravitationswellen mit den LIGO/VIRGO-Detektoren nachgewiesen werden konnten.

Aktive galaktische Kerne mit binären Schwarzen Löchern in einem geringen Abstand von nur wenigen Lichtjahren werden bereits seit langer Zeit gesucht. Sie dürften jedoch sehr selten und auch schwer zu identifizieren sein. Zusätzlich zum Nachweis der Kollision von Jetmaterie haben die Forscher auch Anzeichen für eine Präzession des zentralen Jets in TXS 0506+056 gefunden.

Dazu Michal Zajaček vom Zentrum für Theoretische Physik in Warschau, ein weiterer Ko-autor der Veröffentlichung: „Diese Präzession kann entweder durch ein binäres supermassereiches Schwarzes Loch erklärt werden oder aber durch den Lense-Thirring-Präzessionseffekt, wie von Einstein in der Allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagt. Letzterer könnte wiederum durch ein zweites supermassereiches Schwarzes Loch in etwas größerem Abstand im Zentrum der Galaxie ausgelöst worden sein. Beide Szenarien führen zu einer Änderung in der Ausrichtung des Jets, wie wir sie auch beobachten.“

Christian Fendt vom Heidelberger Max-Planck-Institut für Astronomie ist erstaunt: „Je näher wir an den Ursprung der Jets herankommen, desto komplizierter werden innere Struktur und Dynamik dieser Jets. Die binären Schwarzen Löcher erzeugen eine komplexe Struktur in dem ausgeworfenen Material, welches von den kosmologischen Modellen der Galaxienentstehung bei der Verschmelzung von Galaxien erwartet wird.“

Silke Britzen betont das wissenschaftliche Potential des Forschungsergebnisses: „Es ist phantastisch, dass wir die Erzeugung von Neutrinos durch detaillierte Analyse von Jets in Galaxien untersuchen können. Und es wäre wirklich ein Durchbruch, wenn mit unserer Veröffentlichung ein weiterer Kandidat für ein binäres Schwarzes Loch mit zwei Jets bestätigt werden könnte.“

Es scheint zum ersten Mal gelungen zu sein, die Kollision zweier Jets im Zentrum einer Galaxie auf Skalen von nur wenigen Lichtjahren zu bestätigen und die Entdeckung eines kosmischen Neutrinos auf eine Jetkollision zurückführen zu können.

Während TXS 0506+056 vielleicht nicht repräsentativ für die Klasse von BL-Lac-Objekten ist, könnte diese Quelle aber doch maßgeblich sein für die wiederholte Wechselwirkung des Materials zweier Jets und die dadurch hervorgerufene Erzeugung von Neutrinos.

Hintergrundinformation:
Das IceCube Neutrino-Observatorium wurde zur Erforschung des Kosmos tief im Eis der Antarktis errichtet. Mit Detektoren eines Volumens von einem Kubikkilometer Eis sucht IceCube nach nahezu masselosen Elementarteilchen, die als Neutrinos bezeichnet werden. Diese hochenergetischen Botschafter aus den Tiefen des Universums enthalten Informationen über einige der heftigsten astrophysikalischen Phänomene im Universum wie explodierende Sterne, Gammastrahlungsausbrüche, Schwarze Löcher und Neutronensterne.

MOJAVE (Monitoring Of Jets in Active galactic nuclei with VLBA Experiments) ist ein Langzeitprogramm zur systematischen Erfassung von Äderungen in der Gesamthelligkeit und Polarisation von Jets in Verbindung mit aktiven galaktischen Kernen (AGN) am Nordhimmel. Das Very Long Baseline Array (VLBA) umfasst ein Netzwerk von zehn Radioteleskopen, die von Socorro/New Mexico aus gesteuert werden und in einem interferometrischen Modus (Very Long Baseline Interferometrie, VLBI) miteinander verbunden sind.

BL-Lac-Objekte stellen eine besondere Unterklasse von aktiven galaktischen Kernen (AGN) dar. Als AGN wird ein kompakter Bereich im Zentrum bestimmter Galaxien bezeichnet, der eine wesentlich erhöhte Leuchtkraft in einem maßgeblichen Teil des elektromagnetischen Spektrums aufweist. Diese Leuchtkraft ist nichtthermischen Ursprungs und wird durch die Akkretion von Materie in der unmittelbaren Umgebung des zentralen supermassereichen Schwarzen Lochs erzeugt. Der Jet eines BL-Lac-Objekts ist geometrisch direkt auf den Beobachter gerichtet und zeigt demzufolge ein einzigartiges Radioemissionsspektrum.

Die Autoren der Originalveröffentlichung in “Astronomy & Astrophysics” sind Silke Britzen, Christian Fendt, Markus Böttcher, Michal Zajaček, Frederic Jaron, Ilya Pashchenko, Anabella Araudo, Vladimir Karas, und Omar Kurtanidze. Silke Britzen, die Erstautorin, und ebenso Michal Zajaček und Frederic Jaron haben eine MPIfR-Affiliation.

Neben dem MPIfR umfassen die Affiliationen der Ko-autoren das Max-Planck-Institut für Astronomie (Heidelberg), das Centre for Space Research (North-West University, Potchefstroom, Südafrika), das I. Physikalisches Institut der Universität Köln, das Zentrum für Theoretische Physik der polnischen Akademie der Wissenschaften in Warschau, das Institut für Geodäsie und Geoinformation der Universität Bonn, das Astro Space Center des Physikalischen Instituts Lebedev in Russland, das Astronomische Institut und das Institut für Physik der Tschechischen Akademie der Wissenschaften in Prag sowie das Abastumani-Observatorium in Georgien.

Der Beitrag Kosmische Kollision erzeugt Neutrino erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Johannes Gutenberg-Universität Mainz.

Das Neutrinoteleskop IceCube am Südpol kann weiter ausgebaut werden. Die US-amerikanische Einrichtung zur Forschungsförderung National Science Foundation (NSF) hat für ein Upgrade des Observatoriums 23 Millionen US-Dollar bewilligt. Insgesamt wird der Ausbau des Detektors im antarktischen Eis 40 Millionen US-Dollar kosten, wozu auch deutsche Forschungseinrichtungen wesentlich beitragen werden. Die Mittel werden dafür verwendet, noch mehr Lichtsensoren zu installieren, die Spuren von Neutrinos aus dem Weltall auffangen. Wissenschaftler der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU), die an den Forschungen mit IceCube beteiligt sind, erwarten davon unter anderem wichtige Informationen über die Eigenschaften von Neutrinos.

IceCube ist der größte Teilchendetektor der Welt. Er wurde im Dezember 2010 fertiggestellt und sammelt seitdem Daten über Neutrinos. Neutrinos sind fast masselose Teilchen, die Materie nahezu unbemerkt durchdringen und daher sehr schwer zu entdecken sind. Die Geisterteilchen, wie sie deshalb häufig genannt werden, können aus entfernten Regionen des Weltalls fast ungehindert zur Erde vordringen und uns Informationen über weit entfernte Galaxien übermitteln. Ein Höhepunkt der IceCube-Forschung ereignete sich am 22. September 2017: Die Detektoren meldeten ein hochenergetisches Neutrino, das höchstwahrscheinlich aus einer 5,7 Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxie im Sternbild Orion stammte.

IceCube besteht aus einem Kubikkilometer Eis und liegt direkt bei der Amundsen-Scott-Station am geografischen Südpol. Die Station wird von den USA finanziert, ist aber für internationale Forschung geöffnet. An 86 Kabeltrossen sind jeweils 60 Glaskugeln angebracht, die in Tiefen zwischen 1,45 und 2,45 Kilometern reichen. Diese Kugeln umschließen hochempfindliche Lichtsensoren, die das bläuliche Tscherenkow-Leuchten auffangen, das bei Neutrinoreaktionen entsteht. Zu den bisher 5160 Sensoren kommen mit dem Upgrade nun weitere 700 neue Sensoren hinzu, die in sehr engem Abstand an sieben Kabeltrossen befestigt sind. Sie werden unter dem Zentrum des jetzigen Detektors etwa 1,6 Kilometer tief installiert. Die ersten Arbeiten dazu haben mit Unterstützung der NSF und anderer Partner, darunter Deutschland, bereits im Herbst 2018 begonnen. Der Südpol ist dank dem kristallklaren Tiefeneis ideal für das Projekt.

Neutrinooszillation gibt weiterhin Rätsel auf
Neutrinos sind nicht nur schwer nachzuweisen, sondern sie geben auch ansonsten viele Rätsel auf – die mit dem Ausbau zumindest teilweise geklärt werden könnten. Wichtigstes Ziel dieser ersten IceCube-Erweiterung ist es, einem Phänomen auf die Spur zu kommen, das als Neutrinooszillation bezeichnet wird und die Möglichkeit beschreibt, dass Neutrinos als Elektron-, Myon- oder Tau-Neutrino erscheinen und zwischen diesen Formen wechseln können.

Ein zweites Ziel ist die genauere Beschreibung des Eises, das die Lichtsensoren umgibt, um dadurch mit dem bestehenden Detektor bessere Ergebnisse zu erhalten. Vorteile davon wird besonders die Hochenergie-Neutrinoastronomie haben.

Forschende der JGU an IceCube Upgrade und künftigem IceCube-Gen2 beteiligt
Mit den zusätzlichen Lichtsensoren wird die Sensitivität vor allem bei niedrigen Energien im Bereich von 5 bis 10 Gigaelektronenvolt deutlich gesteigert. Dies ist der Energiebereich, in dem die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bei IceCube Neutrinooszillationen von atmosphärischen Neutrinos beobachten können. Neutrinooszillationen beruhen auf einem Quanteneffekt, dessen Entdeckung 2015 mit dem Nobelpreis gewürdigt wurde. „Die Analyse dieser Neutrinooszillationen, mit denen wir vor allem etwas über die Eigenschaften der Neutrinos lernen, ist der Schwerpunkt unserer Mainzer Forschungstätigkeit bei IceCube“, teilt Prof. Dr. Sebastian Böser vom Institut für Physik der JGU mit. „Wir erhalten eine größere Anzahl von Neutrinos bei niedrigeren Energien und werden daraus sehr viel lernen können.“

So konnte die vom BMBF geförderte Mainzer Neutrino-Gruppe im Vorfeld zeigen, dass die Erweiterung dazu beitragen wird, der Frage nach der Anordnung der Neutrinomassen auf den Grund zu gehen. „Wir rechnen damit, dass die Forschung an IceCube nach dem Upgrade in Verbindung mit dem im Aufbau befindlichen JUNO-Experiment die Frage der Massenhierarchie eindeutig klären kann“, so Böser. Am JUNO-Experiment in China sind Mainzer Forscher ebenfalls maßgeblich beteiligt. Aber auch zu anderen Fragen werden neue Erkenntnisse erwartet, so zu der Annahme, dass Neutrinos bei den Oszillationen auch verschwinden könnten, statt sich umzuwandeln. Hier dürften über den Nachweis von Tau-Neutrinos in bislang unerreichter Rate deutliche Fortschritte erfolgen.

„Daneben gibt uns diese Detektorerweiterung natürlich die Möglichkeit, die technologischen Entwicklungen für die nächste Ausbaustufe von IceCube, den IceCube-Gen2-Detektor, voranzutreiben“, ergänzt Prof. Dr. Lutz Köpke, ebenfalls Neutrino-Forscher am Institut für Physik der JGU. Aus Mainz werden zu diesem Zweck 14 neuartige Lichtsensoren, sogenannte WOMs, im Eis installiert. Diese WOMs nutzen spezielle Materialien und können so bei gesteigerter Sensitivität ein geringeres Rauschen erzielen. „Dieses Rauschen ist der maßgebliche Faktor, um Supernova-Ereignisse zu detektieren – ein weiterer Schwerpunkt, den wir hier in Mainz erforschen“, so Böser. IceCube-Gen2 soll auf den Erfahrungen mit dem Upgrade aufbauen und das Volumen von IceCube verzehnfachen.

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Quelle: DESY.

Das internationale Neutrino-Observatorium IceCube am Südpol wird in den kommenden Jahren erheblich erweitert. Zusätzlich zu den bestehenden 5160 Sensoren werden weitere 700 optische Module im ewigen Eis der Antarktis installiert. Die National Science Foundation in den USA hat 23 Millionen US-Dollar für den Ausbau bewilligt. Die Helmholtz-Zentren DESY und Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützen mit insgesamt 5,7 Millionen Euro (6,4 Millionen US-Dollar) den Bau von 430 neuen optischen Modulen, mit denen das Observatorium unter anderem zu einem Neutrinolabor erweitert wird. IceCube, für das Deutschland mit insgesamt neun beteiligten Universitäten und den beiden Helmholtz-Zentrum der wichtigste Partner nach den USA ist, hatte im vergangenen Jahr überzeugende Hinweise auf eine erste Quelle hochenergetischer Neutrinos aus dem Kosmos veröffentlicht.

„Das IceCube-Upgrade soll nicht nur die Neutrino-Astronomie verbessern, sondern auch unser Wissen über das Neutrino selbst“, erläutert DESY-Forscher Timo Karg, Projektleiter für die optischen Sensoren im IceCube-Upgrade. „Wir haben bereits zehn Jahre Daten mit IceCube gesammelt, und die werden durch das Upgrade erheblich aufgewertet.“ Bei DESY werden 225 der neuen Sensoren gebaut, 205 steuert die Michigan State University bei und rund 300 eines anderen Typs liefert die Universität Chiba in Japan.

Neutrinos gehören zu den rätselhaftesten Elementarteilchen. Sie wechselwirken kaum und können mühelos ganze Planeten, Sterne und Galaxien durchqueren – sie werden daher auch als Geisterteilchen bezeichnet. Das Neutrino-Observatorium IceCube späht tief im antarktischen Eis nach den scheuen Elementarteilchen. Unter der Oberfläche lauert es auf das bläuliche Leuchten, das energiereiche Neutrinos aus dem Weltall bei ihren sehr seltenen Kollisionen im Eis auslösen können. Dazu dienen extrem lichtempfindliche „Digital Optical Modules“ (DOM), die an 86 Kabelsträngen bis zu 2,5 Kilometer tief im durchsichtigen Eis liegen. Aus der genauen Vermessung der Leuchtspur einer Neutrinokollision lassen sich Herkunftsrichtung und Energie des Teilchens rekonstruieren. Da Neutrinos so extrem selten wechselwirken, überwacht IceCube einen kompletten Kubikkilometer unterirdisches Eis und ist damit der größte Neutrinodetektor der Welt.

Für das IceCube-Upgrade sollen im antarktischen Sommer 2022/23 im Zentrum des Detektors sieben zusätzliche Kabelstränge mit den neu entwickelten Sensoren mehr als 1,5 Kilometer tief ins Eis eingeschmolzen werden. Dabei kommen zwei Typen optischer Module zum Einsatz, die auch für eine zehnfach größere zukünftige Erweiterung von IceCube, IceCube-Gen2, getestet werden. Ein Typ dieser neuen optischen Sensoren, das „multi-Pixel Digital Optical Module“ (mDOM), wurde in Deutschland von den beteiligten Universitäten und Helmholtz-Zentren entwickelt. Gegenüber den bisherigen Modulen besitzen die mDOMs, von denen rund 400 installiert werden, eine deutlich größere sowie segmentierte Detektionsfläche und damit eine signifikant höhere Empfindlichkeit.

„Mit dem IceCube-Upgrade und dem späteren Ausbau zu IceCube-Gen2 erweitert dieses weltweit einzigartige Neutrino-Observatorium unseren Blick ins All an entscheidender Stelle und trägt dadurch bei, die Rätsel um die Physik der höchstenergetischsten Prozesse in unserem Universum zu lösen“, sagt der Leiter der KIT-IceCube-Gruppe, Andreas Haungs.

Durch die Erweiterung steigt jedoch nicht nur die Empfindlichkeit des Observatoriums, es sinkt auch die Energieschwelle, ab der sich Neutrinos nachweisen lassen. Damit können die Eigenschaften der Teilchen mit bisher unerreichter Genauigkeit vermessen werden – IceCube wird auch zum Neutrino-Labor. „Neutrinos sind die am wenigsten verstandenen Teilchen im Standardmodell der Teilchenphysik,“ betont Alexander Kappes, Professor an der Universität Münster und Leiter des mDOM-Projekts. „Sie haben Eigenschaften, die das Standardmodell nicht erklären kann.“

Neutrinos gibt es in drei Sorten. Überraschenderweise können die Teilchen zwischen diesen Sorten hin und her wechseln. Physiker nennen das Neutrino-Oszillationen. Eins der Ziele des IceCube-Upgrades ist es, die Parameter dieser Oszillationen deutlich besser zu bestimmen. Ein weiteres Ziel ist, die optischen Eigenschaften des Eises genauer zu vermessen, was eine bessere Rekonstruktion der Eigenschaften beobachteter Neutrinos in allen Energiebereichen erlaubt. Das schärft nicht nur künftig den Blick des Neutrinoobservatoriums ins All, sondern ermöglicht auch, die bereits registrierten Neutrinoereignisse nachträglich genauer zu rekonstruieren.

Beobachtungen mit IceCube und einer großen Zahl anderer, über den ganzen Globus verteilter Observatorien hatten im vergangenen Jahr zur ersten Ortung einer kosmischen Quelle energiereicher Neutrinos geführt. Die von IceCube nachgewiesenen Teilchen kamen demnach aus einer rund vier Milliarden Lichtjahre entfernten aktiven Galaxie, in deren Zentrum ein gigantisches Schwarzes Loch als natürlicher Teilchenbeschleuniger fungiert.

Das IceCube-Neutrinoobservatorium befindet sich an der Amundsen-Scott-Südpolstation. Das Management und der Betrieb des Observatoriums erfolgt durch das Wisconsin IceCube Particle Astrophysics Center (WIPAC) an der University of Wisconsin–Madison. Das Wissenschaftsprogramm wird von mehr als 300 Forscherinnen und Forschern aus 52 Instituten in 12 Ländern bestritten. Nach den USA ist Deutschland der wichtigste Partner in dem internationalen Projekt. Hier sind neben den Helmholtz-Zentren DESY und KIT die Universitäten Bochum, Erlangen-Nürnberg, Mainz, Münster und Wuppertal sowie die Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule (RWTH) Aachen, die Humboldt-Universität zu Berlin und die Technischen Universitäten Dortmund und München beteiligt.

Deutsche Universitätsgruppen arbeiten auch an der Entwicklung von optischen (TU München, Uni Wuppertal) und akustischen (RWTH Aachen) Geräten zur präzisen Eichung des Detektors, Simulations- und Kalibrierungsmethoden (TU Dortmund, Uni Bochum), sowie der Entwicklung von neuartigen Sensorkonzepten (Uni Mainz) für IceCube-Gen2 mit. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung, das die Forschungszentren der Helmholtz-Gemeinschaft zu 90 Prozent finanziert, unterstützt die deutschen Beiträge zu IceCube darüber hinaus aus Mitteln der Verbundforschung für die beteiligten Universitäten.

DESY zählt zu den weltweit führenden Teilchenbeschleuniger-Zentren und erforscht die Struktur und Funktion von Materie – vom Wechselspiel kleinster Elementarteilchen, dem Verhalten neuartiger Nanowerkstoffe und lebenswichtiger Biomoleküle bis hin zu den großen Rätseln des Universums. Die Teilchenbeschleuniger und die Nachweisinstrumente, die DESY an seinen Standorten in Hamburg und Zeuthen entwickelt und baut, sind einzigartige Werkzeuge für die Forschung: Sie erzeugen das stärkste Röntgenlicht der Welt, bringen Teilchen auf Rekordenergien und öffnen neue Fenster ins Universum. DESY ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, der größten Wissenschaftsorganisation Deutschlands, und wird zu 90 Prozent vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und zu 10 Prozent von den Ländern Hamburg und Brandenburg finanziert.

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Ein Beitrag von Karl Urban. Quelle: NOAA, ESA, eigene Recherche. Vertont von Peter Rittinger.

Patrick Cullis und Marc Weekley haben gerade ein volles Jahr lang in der Antarktis gearbeitet. Nicht immer konnten die Stratosphärenballons starten, wenn etwa gerade ein Sturm mit 130 Kilometern in der Stunde über das South Pole Observatory fegte. Einmal pro Woche starteten die US-Wissenschaftler der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) einen Ballon und vermaßen dabei die vertikale Ausdehnung der Ozonschicht. In diesem Jahr erreichte es am 26. September seine maximale Ausdehnung und war mit 23,8 Millionen Quadratkilometern so groß wie der nordamerikanische Kontinent.

Das Ozonloch entstand durch die Freisetzung sehr stabiler halogenierter Kohlenwasserstoffe (FCKWs). Diese gelangten nach einiger Zeit in die Stratosphäre, die sich aufgrund anderer Temperatur- und Strömungseigenschaften nur wenig mit der unteren Luftschicht, der Troposphäre, austauschen kann. FCKWs können in der Stratosphäre ungestört mit Ozonmolekülen reagieren, was Halogenradikale wie Chlor, Brom oder Fluor freisetzt. Diese sind äußerst reaktionsfreudig und tragen als Katalysatoren zum effektiven Abbau der Ozonschicht bei.

Ganz so schlimm sieht Diego G. Loyala R. vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) die Lage nicht: „In den letzten 14 Jahren gab es einen schwachen aber positiven Trend.“ Er hatte zusammen mit Kollegen aus ganz Europa Daten verschiedener Umweltsatelliten und bodengestützter Messungen ausgewertet. Viele Observatorien haben ständig ein wachsames Auge auf die Ozonschicht, darunter die ESA-Satelliten ERS-2, Envisat oder der schwedische Odin. Auch Material der US-Instrumente SBUV, SAGE I und SAGE II sowie HALOE kam zum Einsatz. Dabei wurde die Größe des Ozonlochs über die vergangenen 14 Jahre rekonstruiert.

Die Geschichte des Ozonlochs lässt sich in zwei Perioden untergliedern. Von 1979 bis 1997 stieg die Größe des Ozonlochs über der Antarktis um rund sieben Prozent pro Jahrzehnt. Die ungehemmte Freisetzung von FCKWs setzte nicht sofort mit der Ratifizierung des Montreal-Protokolls aus, zudem ist die Atmosphäre ein äußerst träges System. Die Stratosphäre merkt nicht sofort, wenn der Mensch weniger Schadstoffe in die Troposphäre abgibt.

Die zweite Periode begann 1997 und dauert bis heute an. In einem guten Jahrzehnt ging die Größe des Ozonlochs um durchschnittlich 0,8 bis 1,4 Prozent zurück. „Das ist statistisch gesehen nicht viel mehr als ein Nullsummenspiel“, sagte Jo Urban von der schwedischen Chalmer-Universität. „Wir hoffen aber, in den nächsten Jahren mit längerfristiger Datenbasis auch einen deutlicheren Rückgang des Ozonlochs zu sehen.“

Erstmalig sind nun auch Daten für den Anteil von Halogenradikalen in der Stratosphäre verfügbar. François Hendrick vom belgischen Institut für Atmosphärenforschung hat Ergebnisse des Envisat-Instruments SCIAMACHY ausgewertet. Envisat startete 2002 und misst seitdem kontinuierlich die Konzentration von Brommonoxid in der Stratosphäre, einem sehr effektiven Katalysator für Ozonabbaureaktionen.

Hendrick stellte seine Ergebnisse im September auf einer Konferenz zur Atmosphäreforschung in Barcelona vor. „Wir konnten die Messdaten des Satelliten mit Bodenstationen in hohen und mittleren Breiten bestätigen. Wir haben eine verifizierte Brommonoxid-Trendkurve aufgezeichnen können. Das sind die ersten direkten Beweise dafür, dass die Ergebnisse des Montreal-Protokolls nun auch die obere Stratosphäre erreicht haben“, so der Forscher.

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Ein Beitrag von Dominic Decoen. Quelle: NASA/JPL, Wikipedia.

Die „Tigerstreifen“, die sich am Südpol von Enceladus befinden, sind deshalb für die Wissenschaftler der Saturnmission interessant, weil dort Wasserdampf und andere Partikel mehrere hundert Kilometer in die Höhe geschleudert werden. Der Vorbeiflug an der Südpolregion fand am Samstag gegen 3:09 Uhr MEZ statt. Der Vorbeiflug wird „E8“ genannt, weil es der achte Vorbeiflug an Enceladus ist. Cassini flog in 1.600 Kilometern Höhe bei 82 Grad südlicher Breite über den Südpol. Dieser Überflug erfolgte in wesentlich größer Entfernung, als der vom 2. November. Dort flog die Sonde nämlich nur in einer Höhe von 100 Kilometern.

Während des Flybys konzentrierten sich die Instrumente auf den Tigerstreifen namens „Baghdad Sulcus“. Dieser Graben wurde im August 2008 von „Cassini“ fotografiert. Außerdem sollte „Cassini“ eine Wärmekarte dieser Region des Mondes anfertigen. Auch hochauflösende Aufnahmen der Südpolarregion sollten von der Sonde geschossen werden. Dieser Flyby stellte einen weiteren Höhepunkt in der Mission der „Cassini“-Sonde dar, welche am 15.10.1997 von Cape Canaveral aufbrach und am 01.07.2004 in die Saturnumlaufbahn eintrat. Da die Sonde sehr gute Dienste leistet, wurde ihre Missionszeit bis mindestens Mitte 2010 ausgedehnt.

Raumcon:

• Cassini-Thread ab 20. November

Der Beitrag Vor der Dunkelheit: Enceladus‘ letzter Scan erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Axel Orth und Karl Urban. Quelle: NASA.

Die Mission Lunar CRater Observation and Sensing Satellite (LCROSS) kam zustande, weil auf der Trägerrakete für den Start des Mondorbiters Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) noch Nutzlast frei war. Die NASA entschied sich daraufhin, mit der Zusatzmission die Zusammensetzung der Oberfläche in einem ständig beschatteten Krater am Mondsüdpol zu untersuchen. Die Krater stehen im Verdacht, Wassereis in größeren Mengen zu akkumulieren, was für eine dauerhaft bemannte Mondbasis ein essentieller Rohstoff wäre.

Der Impakt erfolgt in zwei Stufen. LCROSS führt die leere Centaur-Oberstufe (EDUS) mit sich, die eigentlich nur für den Einschuss in eine lunare Transferbahn zuständig gewesen ist, und hält das Gespann auf Kurs. Kurz vor dem Einschlag trennt sich LCROSS von EDUS. Diese schlägt schließlich zuerst auf und wirbelt mit ihrer großen Masse von 2,4 Tonnen eine Materialwolke auf, die LCROSS daraufhin durchfliegt, mit Instrumenten analysiert und die Ergebnisse in Echtzeit zur Erde funkt.

Nur wenige Minuten später zerschellt auch LCROSS selbst in geringer Entfernung von der Centaur und erzeugt dabei eine zweite Wolke. Beide Ereignisse werden zusätzlich vom LRO aus seinem Mondorbit und von etlichen erdgebundenen Teleskopen sowie dem Hubble Space Telescope beobachtet.

Zeitplan: Freitag, 9. Oktober 2009

• 4:50 Uhr (MESZ): Abtrennung der Centaur-Oberstufe von LCROSS
• 13:31:19 Uhr (MESZ): Einschlag der Centaur in den Krater Cabeus bei -84.675, 311.275 E
• 13:32:49 bis 13:33:59 Uhr (MESZ): Maximale Helligkeit der Staubwolke erreicht
• 13:35:45 Uhr (MESZ): Einschlag von LCROSS in Cabeus bei -84.729, 310.64 E

Aktueller Status
18:03 Uhr (MESZ)
Die Pressekonferenz wurde im Wesentlichen von dem LCROSS-Chefwissenschaftler Tony Colaprete und von Jennifer Heldmann, Koordinatorin der begleitenden Teleskope-Beobachtungskampagne, bestritten.

Colaprete zeigte sich sehr zufrieden mit der Mission. Er führte von LCROSS aufgezeichnete Bilder und Diagramme vor, die belegten, dass sowohl der EDUS-Einschlag als auch der dabei erzeugte Krater von LCROSS beobachtet werden konnten. Allerdings machte der Blitz des Einschlags nur wenige Pixel der entsprechenden Aufnahme aus. Auch der Krater war in den gezeigten Bildern nur sehr ungefähr zu erkennen.

Wesentlich eindeutiger waren die aufgezeichneten spektrometrischen Daten. Insgesamt verlief die Kurve in den letzten ca. 10 Minuten der Annäherung abfallend, da immer dunklere Gebiete ins Sichtfeld des Sensors gerieten. Zum errechneten Einschlagzeitpunkt war dann aber eine jähe, deutliche Spitze zu erkennen, und zwar in mehreren Wellenbereichen. Die Daten enthalten auch Hinweise auf einen so genannten „Natriumblitz“, ein überraschender Befund, der vorher nicht erwartet worden war.

Eine spektakuläre Material-Auswurfwolke á la Deep Impact, die man sich auch von dieser Mission erhofft hat, konnte Colaprete auf keinem Bild zeigen. Er betonte aber, dass die spektrometrischen Daten für die Mission bedeutender sind als die Videoaufzeichnungen der Kameras, auch wenn diese ein größeres öffentliches Interesse auf sich ziehen. Auch ob man schon etwas zu Eis im Kraterboden sagen könne, musste er verneinen. Er wies aber darauf hin, dass die Daten der Mission bekanntlich erst drei Stunden alt sind – man werde sich nun erstmal wieder ins Labor zurückziehen und in wochen- bis monatelanger Arbeit die Daten sorgfältig analysieren. Danach könne man mehr sagen.

Heldmann stellte die überraschend lange Liste der erdbasierten Observatorien vor, die an der Beobachtungskampagne beteiligt waren. Dann zeigte sie verschiedene Standbilder und Videos der Teleskope – die aber unter dem Strich alle auf dasselbe Fazit hinaus liefen: keine Trümmerwolke.

Die anschließenden Journalistenfragen bezogen sich erwartungsgemäß vor allem auf die ausgebliebene Wolke. Dazu konnten die Wissenschaftler wenig sagen. Es sieht im Moment einfach so aus, dass eine große, spektakuläre Trümmerwolke nun mal ausgeblieben ist. Mike Wargo vom NASA-Hauptquartier wies darauf hin, dass diese Region seit Jahrmilliarden von keinem Sonnenlicht mehr erwärmt worden ist und zu den kältesten Regionen im gesamten Sonnensystem zählt. Dass sich Material unter solch extremen Bedingungen womöglich auch extrem verhält, ist wohl einleuchtend. Ob, wie erhofft, LCROSS die Wolke durchflogen hat und etwas messen konnte, konnte Colaprete noch nicht sicher sagen.

Die Frage, ob das Hubble-Weltraumteleskop, dessen Daten ja erst noch heruntergeladen werden müssen, mehr beobachtet haben könnte, beschieden Colaprete und Heldmann negativ: Da die Mondoberfläche viel zu hell für Hubble ist und seine Sensoren schädigen könnte, seien keine Bildaufnahmen gemacht, sondern nur spektrometrische Daten erfasst worden. Wie es mit anderen Weltraumteleskopen aussieht, darunter auch dem LRO, wird sich wohl in den nächsten Tagen zeigen.

13:47 Uhr (MESZ)
Um 16:00 Uhr MESZ wird eine Pressekonferenz über die vorläufigen Ergebnisse der Mission stattfinden, die auf NASA-TV live zu sehen sein dürfte.

13:36 Uhr (MESZ)
Die Missionskontrolle meldet LOS (loss of signal)! Damit ist die LCROSS-Mission ausgeführt. Mitgeteilt wurde ferner, dass eine „thermale Signatur“ empfangen wurde, das heißt also, eine Bestätigung des Einschlags von EDUS. Auf den bis zuletzt auf NASA-TV übertragenen Standbildern des dunklen Kraterbodens war allerdings keinerlei Anzeichen des Einschlags zu sehen. Es bleibt abzuwarten, was die Videobilder und sonstigen Instrumentenauswertungen der nächsten Stunden zeigen werden.

13:09 Uhr (MESZ)

Noch 20 Minuten bis zum Einschlag. LCROSS verfügt über 4 Infrarotkameras und eine Kamera für sichtbares Licht. Letztere wird im Moment des Einschlags kurz ausgeschaltet, um nicht vom Explosionsblitz geblendet zu werden, die Infrarotkameras nehmen hingegen mit mehreren Frames pro Sekunde weiterhin auf. Ein Photometer macht gar 1.000 Messungen pro Sekunde, um den Blitz später besser analysieren zu können. 3 Minuten nach dem Einschlag von EDUS beginnt LCROSS die Auswurfwolke zu durchfliegen. Damit startet die „heiße Phase“ der Mission, die nur 1 Minute dauert bis zum abschließenden Einschlag von LCROSS selbst.

12:44 Uhr (MESZ)

Soeben wurde das erste Live-(Stand)Bild von LCROSS vom Mond übertragen. Der Mond ist darauf noch fast bildfüllend zu sehen.

12:39 Uhr (MESZ)
Auf NASA-TV wurde vorhin eine Bilderfolge einer LCROSS-Infrarotkamera gezeigt, auf denen verschwommen die Oberstufe kurz nach der Abtrennung im Laufe der vergangenen Nacht zu erkennen war. Die Oberstufe wanderte im Bild hin und her, ein Zeichen dafür, dass die Lageregelung von LCROSS eine Weile damit zu tun hatte, die Sonde wieder zu stabilisieren.

12:23 Uhr (MESZ)
Noch ca. 8.500 Kilometer bis zum Mondboden.

12:17 Uhr (MESZ)
NASA-TV beginnt soeben mit seiner Übertragung.

09:30 Uhr (MESZ)
Nur noch 20.380 Kilometer vom Mondentfernt bewegt sich die Sonde mit 1,28 Kilometern pro Sekunde und wartet auf den Einschlag in rund vier Stunden.

04:50 Uhr (MESZ)
LCROSS hat sich erfolgreich von der Centaur-Oberstufe getrennt. Danach wurde ein 180-Grad-Manöver durchgeführt, um den sich fortbewegenden Impaktor noch einmal zu begutachten.

02:05 Uhr (MESZ)
Die Einschlagsgenauigkeit konnte von einem Kreis mit dem Durchmesser von 20 Kilometern auf 3,5 Kilometer reduziert.

Raumcon

• LCROSS sucht Wasser
• Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO)

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Ein Beitrag von Daniel Schiller. Quelle: NASA.

Der Zielkrater hat die Koordinaten 82,2° südliche Breite und 39,1° westliche Länge. Sein Durchmesser beträgt 48 Kilometer. Der Krater wurde ausgewählt, da er nach neusten Beobachtungen eine glatte Oberfläche mit wenigen Felsen besitzt, seine Hänge nur eine geringe Steigung aufweisen und einen tiefen Einblick ins Innere auch von der Erde aus ermöglichen, in Teilen ständiger Schatten herrscht und aus den Daten von Lunar Prospector und Lunar Reconnaissance Orbiter auf einen hohen Wasserstoffgehalt des Mondbodens geschlossen wird.

Der Shackleton-Krater direkt am Südpol des Mondes wurde u. a. aufgrund seiner Tiefe ausgeschlossen, da es für die Beobachtungen zwingend notwendig ist, dass ausreichend ausgestoßenes Material ins Sonnenlicht gelangt. 

Raumcon:

• LCROSS-Thread

Der Beitrag LCROSS – Im Zielanflug erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Axel Orth. Quelle: NASA / Wikipedia.

Außer den 40 Jahren Apollo jährt sich in diesen Tagen auch ein astronomisches Großereignis: 1994 stürzte der Komet Shoemaker-Levy 9 in einer Kette von Bruchstücken auf den Jupiter. Anders als damals kam der Einschlag diesmal allerdings völlig überraschend. Der australische Amateurastronom Anthony Wesley machte die NASA darauf aufmerksam, dass Jupiter eine dunkle „Narbe“ aufweist, und Astronomen des JPL der NASA richteten daraufhin schleunigst ein Infrarot-Teleskop auf dem Mauna Kea auf Hawaii auf den größten Planeten des Sonnensystems. Ihre Beobachtungen bestätigten die Angaben von Wesley.

„Wir hatten großes Glück, dass wir Jupiter genau zur richtigen Zeit und an der richtigen Stelle erwischten, um Zeugen des Ereignisses zu werden. Wir hätten es nicht besser planen können“, sagte Glenn Orton, Wissenschaftler am JPL. Mittlerweile ist die Bahnverfolgung des Teleskops gestoppt und Daten werden heruntergeladen. Weitere Beobachtungen und bessere Bilder, wie sich die Einschlagnarbe entwickelt, sind zu erwarten, selbstverständlich auch von anderen Teleskopen.

Der Einschlagpunkt lag wahrscheinlich nahe der Südpolregion, mit einer deutlich sichtbaren dunklen Stelle und aufwallenden hellen Partikelwolken in der oberen Atmosphäre, die im nahen Infrarot sichtbar sind. Die Infrarot-Helligkeit der Partikel weist darauf hin, dass diese Wolken deutlich heißer sind als ihre Umgebung. Eine mögliche Extra-Emission von Ammoniakgas wurde festgestellt.

Das Bild wurde bei 1,65 Mikrometern aufgenommen, einer Wellenlänge, die empfindlich ist für Sonnenlicht, das hoch in Jupiters Atmosphäre reflektiert wird, und es zeigt sowohl das helle Zentrum der Narbe (unten links) als auch die „Trümmer“ nordwestlich davon (oben links).

„Es könnte der Einschlag eines Kometen sein, aber wir sind nicht sicher“, sagte Orton. „Es war ein stressiger Tag.“ Er bedankte sich bei der Vor-Ort-Mannschaft des Teleskops für ihre außerordentlichen Anstrengungen,

insbesondere beim Teleskop-Operator William Golisch, der während der kurzen Aufnahmezeit, die die Narbe auf dem Planeten sichtbar war, geschickt drei Instrumente in und aus dem Strahlengang manövrierte, um eine weite Wellenlängenabdeckung zu gewährleisten.

Shoemaker-Levy 9 war ein Komet, der 1993 von Eugene Shoemaker und David Levy entdeckt wurde. Nur zwei Monate nach der Entdeckung sagte der japanische Astronom Shuichi Nakano voraus, dass er bald auf den Jupiter stürzen würde, der für seine Eigenschaft als „Kometenstaubsauger“ bekannt ist. Shoemaker-Levy 9 zerbrach bei seiner Annäherung an Jupiter in 21 Fragmente zwischen 50 Meter und 1 Kilometer Größe, die sich wie auf einer Perlenkette aufreihten. Zu der Zeit, als die Fragmente der Reihe nach auf dem Jupiter einschlugen, waren zahlreiche Teleskope auf den Jupiter gerichtet, darunter auch das Hubble-Teleskop.

Raumcon:

• Jupiter-Thread im Forenbereich Astronomie

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Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: New Scientist.

Die Sonne sendet neben Licht und weiteren elektromagnetischen Strahlen auch massenhaft Teilchen aus. Treffen diese auf planetare Magnetfelder, dann werden sie entlang der Magnetfeldlinien zu den magnetischen Polen des Planeten abgelenkt. Treffen die hochenergetischen Teilchen dann auf die Moleküle der Atmosphäre, werden sie stark abgebremst und ihre Energie teilweise in Form von Licht abgegeben. In den Polarregionen der Erde kann man diese Leuchterscheinungen als Nord- oder Polarlichter beobachten.

Auch die anderen Planeten unseres Sonnensystems, die ein Magnetfeld und eine Atmosphäre besitzen, zeigen derartige Auroren. Zusätzlich haben Wissenschaftler der Universität Leicester von der Erde aus Emmissionen im Infrarotbereich gemessen, die ebenfalls ein ovales Maximum um den Saturnsüdpol besitzen. Die Forscher vermuten, dass die Teilchen, die dieses sehr schwache Leuchten verursachen, aus den Ringen oder von den Monden des Planeten stammen. Am wahrscheinlichsten ist Enceladus Quelle der Partikel.

Vor Jahren bereits wurden auch beim Jupiter wurden derartige Effekte gefunden. Dabei hat man festgestellt, dass die Polarlichter in der Nähe des Mondes Io am stärksten sind. Auf Io gibt es die aktivsten Vulkane im Sonnensystem. Sie schleudern Materie mit einer solchen Wucht aus, dass Teile davon in das Weltall entweichen können und die Umgebung des Planeten Jupiter „verschmutzen“. Auf dem Saturnmond Enceladus existieren Geysire, die ständig Eispartikel ins Weltall schleudern. Deshalb ist die Annahme, Enceladus sei die Quelle der die Polarlichter speisenden Partikel, recht naheliegend.

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Ein Beitrag von Daniel Schiller. Quelle: NASA.

Die aus Sonnenflecken ausbrechenden Magnetfelder wandern durch Plasmaströme zu den Polen, wo sie in das Innere der Sonne absinken. ULYSSES wird in dieser Woche die Magnetfelder über dem Nordpol beobachten, um deren Verhalten während der Übergangsphase zwischen zwei Sonnenzyklen zu untersuchen.

Die vorhergehenden drei Überflüge (1994/1995, 2000/2001, 2007) erbrachten jedes Mal neue Ergebnisse. Bei diesem Überflug ist die zeitlich Nähe zum Überflug über den Südpol vom Februar 2007 interessant. Dies lässt zeitnahe Vergleiche zwischen beiden Polen zu. Vor allem scheint es zwischen beiden Polen einen Temperaturunterschied in der Sonne zu geben. Der Nordpol war während des letzten Sonnenzyklus´ ca. 8 % kälter als der Südpol.

ULYSSES ist eine Gemeinschaftsmission von NASA und ESA und wurde 1990 gestartet. Sie ist die einzige Sonde, welche in einem polaren Orbit um die Sonne fliegt und damit deren Pole beobachten kann.

Der Beitrag ULYSSES – Vierter Überflug des Sonnennordpols erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Martin Ollrom. Quelle: NASA/JPL.

„Die Temperaturen sind so hoch, dass Methangas, welches eigentlich gefroren im oberen Teil der Neptun-Atmosphäre sein sollte, aus der Atmosphäre in den Weltraum entweichen kann“, sagt Glenn Orton vom Jet Propulsion Laboratory in Pasadena. Sie ist leitender Autor einer Studie, die am 18. September im Astronomie-Journal Astronomy and Astrophysics veröffentlicht wurde. Die Untersuchungen wurden mit dem Very Large Telescope des ESO in Chile gemacht.

In der Studie erläutern Orton und ihre Kollegen die Funde und Entdeckungen bei den jüngsten Neptun-Untersuchungen. Eine der wesentlichsten Erkenntnisse ist die nachgewiesene Tatsache, dass die Temperatur auf dem Südpol von Neptun derzeit um zirka zehn Grad Celsius höher ist als irgendwo anders auf der Planetenoberfläche. Dabei muss erwähnt werden, dass die Durchschnittstemperatur auf dem Neptun bei ungefähr minus 200 Grad Celsius liegt. Also kann man die zehn Grad wärmer durchaus verschmerzen – dies wäre eigentlich ideal für die Pole auf unserem Heimatplaneten.

Neptun ist der von der Sonne am weitesten entfernte Planet unseres Sonnensystems und ungefähr 30 Mal weiter von der Sonne entfernt als unsere Erde. Das eintreffende Sonnenlicht liegt beim Neptun um den Faktor Tausend unter der Sonneneinstrahlung, die wir hier auf der Erde (mehr oder weniger) genießen dürfen. Das Tausendstel der Sonneneinstrahlung hinterlässt trotzdem signifikante Spuren in der Planetenatmosphäre. Das Astronomenteam fand heraus, dass die Temperatur regelmäßigen Änderungen unterliegt. Man könnte hier die Jahreszeiten auf der Erde als Vergleich heranziehen – hier sind Wetter und Temperatur auch von der Jahreszeit abhängig. Allerdings sprechen wir beim Neptun von „etwas“ längeren Jahreszeiten, denn ein Neptunjahr dauert 165 irdische Jahre. Mittlerweile ist es seit 40 Jahren Sommer auf dem Südpol des Neptun, der Winter wird erst in 80 Jahren zurückkommen. Allerdings ist die Jahreszeit nicht auf jedem Teil der Oberfläche zu merken, denn der Sommer macht sich nur in der Nähe des Südpols bemerkbar, der Winter naturgemäß dann in der Nähe des Nordpols. Ein Atmosphärenaustritt von Methan zeigt an, welche Jahreszeit gerade auf welchem Pol herrscht beziehungsweise welcher Pol von der Sonne bestrahlt wird.

„Neptuns Südpol ist derzeit voll der ‚Sonneneinstrahlung‘ ausgesetzt, ähnlich dem Südpol auf der Erde während des Sommers in der südlichen Hemisphäre“, erklärt Orton. „Aber auf Neptun dauert der Sommer bereits seit 40 Jahren an und wird noch weiter andauern, dagegen sind unsere paar Monate nichts. Eine mehr als 40-jährige dauerhafte Sonneneinstrahlung kann natürlich, für Neptun-Verhältnisse, gewaltige Temperaturunterschiede ausmachen. Die Unterschiede sind vor allem zwischen Regionen zu messen, die einerseits dauerhaft von der Sonne bestrahlt werden und andererseits einem ständigen Tag-Nacht-Wechsel obliegen. Diese Temperaturunterschiede könnten zusätzlich ein Grund für die extrem starken Stürme auf Neptun sein, denn dieser Planet hat die schnellsten und heftigsten Winde im Sonnensystem (Geschwindigkeit von ungefähr 2.000 Kilometern pro Stunde).“

Die Forschungen lieferten aber nicht nur Antworten, sondern auch neue Fragen. Eine dieser Fragen ist das Mysterium um die „Hot-Spots“, die man in höheren Teilen der Stratosphäre ausgemacht hat. Hier fehlt jeglicher Zusammenhang mit irgendeinem anderen Phänomen auf Neptun. Eine erste Vermutung lautet, dass das Gas von den darunterliegenden Atmosphärenschichten dafür verantwortlich sein könnte.

Methan ist nicht unbedingt der Hauptbestandteil der Neptun-Atmosphäre, welche als Atmosphäre eines großen Gasriesen logischerweise großteils aus leichten Gasen besteht. Beispiele dafür sind Wasserstoff und Helium. Das Methan ist jedoch dafür verantwortlich, dass Neptun nach außen hin blau wirkt, denn es absorbiert das rote Licht der Sonne und reflektiert das dann überwiegend blaue zurück in den Weltraum.

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