Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kosmische Leuchtspuren über der Pampa

14.09.2001


Innenansicht des Teleskopgebäudes mit Fluoreszenzdetektor. Zu erkennen sind die Teleskopöffnung mit Korrekturlinse (rechts), Photomultiplier-Kamera (Mitte), und das 11 m2 große Spiegelsystem (links).


Wassertanks zum Nachweis der Cherenkov-Strahlung durch die Teilchenschauer. Zwischen den Wassertanks ist im Hintergrund vor der Kulisse der Anden das Teleskopgebäude auf Los Leones in ca. 5 km Entfernung zu erahnen.


Erster Baustein des Pierre Auger-Projektes geht in Argentinien in Betrieb

In der argentinischen Pampa entsteht zur Zeit auf einer Fläche von über 3000 km2 ein gigantisches astrophysikalisches Experiment. Das Pierre Auger-Observatorium will den geheimnisvollen hochenergetischen Teilchen der kosmischen Strahlung auf die Spur kommen. Unter Federführung des Forschungszentrums Karlsruhe wurde nun ein erstes Etappenziel erreicht: Mit einem großflächigen Spiegelsystem konnten "Leuchtspuren" der kosmischen Strahlung nachgewiesen und damit die Funktionsfähigkeit der Anordnung unter Beweis gestellt werden.

Kosmische Strahlung besteht aus Atomkernen, die aus allen Richtungen auf die Erdatmosphäre treffen. Bereits in großer Höhe lösen diese Atomkerne Schauer von Elementarteilchen aus, die bis zum Erdboden vordringen und dort nachgewiesen werden können. Einige der in die Atmosphäre eindringenden Atome aus dem All haben unvorstellbar hohe Energien: mehr als 10 hoch 20 eV , das ist 100 Millionen mal mehr, als in den größten irdischen Elementarteilchenbeschleunigern erreicht werden kann. Die Energie eines von Boris Becker aufgeschlagenen Tennisballs ist hier in einem einzigen Atom konzentriert. Bis heute konnten die Forscher weder aufklären, wie die Atomkerne im Weltall so große Energien erreichen können, noch wie sie ungebremst zur Erde gelangen.

Teilchen so hoher Energie sind allerdings extrem selten: Die Wissenschaftler erwarten weniger als ein messbares Ereignis pro 100 Jahre und Quadratkilometer. Um diese Teilchen trotzdem in ausreichender Zahl (ca. 30 pro Jahr) zu messen, wird derzeit in der argentinischen Pampa, einer weiten, fast menschenleeren Grassteppe, in internationaler Kooperation ein 3000 km2 großes Messfeld - das entspricht etwa der Größe des Saarlandes - errichtet. An dem Projekt, benannt nach dem französischen Physiker Pierre Auger, der die hochenergetischen kosmischen Luftschauer erstmals nachwies und richtig interpretierte, arbeiten 54 Forschungseinrichtungen aus 19 Nationen mit. Die deutschen Beiträge werden von den Instituten für Kernphysik und für Prozessdatenverarbeitung und Elektronik des Forschungszentrums Karlsruhe sowie dem Institut für Experimentelle Kernphysik der Universität Karlsruhe geleistet.

Das Pierre Auger-Experiment besteht aus zwei aufeinander abgestimmten Teilen: Ein Detektorfeld auf dem Erdboden besteht aus 1600 Wassertanks, die in Abständen von 1,5 km aufgestellt werden. In der hochreinen Wasserfüllung wird mit lichtempfindlichen Photomultipliern die so genannte Cherenkov-Strahlung nachgewiesen, die beim Eindringen der Teilchenschauer in das Wasser entsteht. Die Schauer bestehen - abhängig von der Energie des einfallenden Primärteilchens - aus hundert Milliarden Teilchen, die in etwa zehn Tanks gleichzeitig Signale erzeugen. Den zweiten Teil des Pierre Auger-Observatoriums bilden 4 Fluoreszenzdetektorstationen - drei am Rand und einer in der Mitte der Beobachtungsfläche -, die in die Atmosphäre über dem Messfeld gerichtet sind und dort die "Leuchtspur" der Teilchenschauer verfolgen. Die Schwierigkeit liegt darin, dass diese Leuchtspuren sehr schwach sind und nur einige millionstel Sekunden lang dauern. Die Leuchtspur entspricht dem Vorbeiflug einer 40 Watt Birne mit Lichtgeschwindigkeit in einigen Kilometern Entfernung und ist mit bloßem Auge nicht wahrnehmbar.


Die Fluoreszenzdetektoren sind sphärische Spiegelteleskope von jeweils 11 m2 Fläche aus diamantgefrästen Aluminiumsegmenten und haben dank ihrer Schmidt-Optik ein weites Gesichtsfeld von 30°x30°. Im Fokus befindet sich eine elektronische Kamera aus 20x22 Photomultipliern, die die einfallende Strahlung nachweisen. Die Leuchtspur wird in einem digitalen Film von 10 Millionen Bildern pro Sekunde aufgenommen und zum zentralen Rechner übermittelt. Jeweils 6 dieser Fluoreszenzdetektoren werden in drei eigens errichteten Beobachtungsgebäuden am Rand des Messfeldes untergebracht und nach innen blicken. Das zentrale "Auge" wird 12 Teleskope enthalten und eine Rundumsicht erlauben.

Zwei dieser Spiegelteleskope wurden nun auf einem Hügel in der Nähe der argentinischen Stadt Malargüe in Betrieb genommen und konnten dort die ersten Leuchtspuren der kosmischen Strahlung am Nachthimmel über der Pampa detektieren. Mit Hilfe von Lasern, die in 26 km Entfernung in die Atmosphäre schossen, konnte außerdem die Sensitivität der Teleskope auf ca. 5x10 hoch 18 eV bestimmt werden. "Damit haben wir einen sehr wichtigen Meilenstein erreicht", erklärt Professor Dr. Hartmut Gemmeke, Leiter des Instituts für Prozessdatenverarbeitung und Elektronik im Forschungszentrum Karlsruhe. "Die präzise Optik und die hochempfindliche Elektronik zur Erkennung von Teilchenspuren in der Atmosphäre haben ihre Funktionsfähigkeit unter Beweis gestellt. Die dazu notwendige Rechenleistung von 90 PC’s pro Teleskop ist in dafür speziell entwickelten Chips untergebracht und beansprucht insgesamt nicht mehr Platz als ein PC."

Auch mehrere der Wasserdetektoren konnten inzwischen eindeutige Signale kosmischer Schauer registrieren. Die Anstrengungen der Wissenschaftler und Techniker konzentrieren sich nun darauf, die Erfahrungen mit den Prototypen auszuwerten und die Installation der 30 Teleskope und 1600 Wasserdetektoren in den nächsten drei Jahren zu schaffen. Bereits ab Mitte 2003 soll das Observatorium so groß sein, dass aussagekräftige Messungen möglich sind.

Am Aufbau der Fluoreszenzdetektoren sind neben Deutschland auch Italien und Argentinien beteiligt. Die Hermann von Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren unterstützt das Vorhaben als Strategiefondsprojekt mit knapp zehn Millionen DM. Universitätsgruppen steht ein neu eingerichteter Förderbereich "Astroteilchenphysik" des BMBF offen.

Inge Arnold | idw

Weitere Berichte zu: Atomkern Fluoreszenzdetektor Leuchtspur Strahlung Teleskop

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion
23.06.2017 | Max-Planck-Institut für Astrophysik

nachricht Individualisierte Faserkomponenten für den Weltmarkt
22.06.2017 | Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften