In 2012 ging het door een ballon gedragen observatorium dat bekend staat als de Super Trans-Iron Galactic Element Recorder (SuperTIGER) de lucht in om observaties op grote hoogte van Galactic Cosmic Rays (GCR's) uit te voeren. Voortgaand in de traditie van zijn voorganger (TIGER), vestigde SuperTiger een nieuw record na het voltooien van een 55-daagse vlucht over Antarctica - die plaatsvond tussen december 2012 en januari 2013.
Op 16 december 2019, na meerdere lanceringspogingen, ging het observatorium opnieuw de lucht in en passeerde het Antarctica tweemaal in slechts drie en een halve week. Net als zijn voorganger is SuperTIGER een gezamenlijke inspanning die is ontworpen om kosmische straling te bestuderen - hoogenergetische protonen en atoomkernen - die buiten ons zonnestelsel ontstaan en met bijna de lichtsnelheid door de ruimte reizen.
Het SuperTIGER-programma is een samenwerking tussen de Washington University in St. Louis, de Universiteit van Minnesota en het Goddard Space Flight Center (GSFC) van NASA en het Jet Propulsion Laboratory van het California Institute of Technology (Caltech). Dit uit een ballon geboren instrument is ontworpen om het zeldzame type kosmische straling te bestuderen dat bestaat uit de atoomkernen van zware elementen.
Het uiteindelijke doel is om te leren waar en hoe deze stralen snelheden kunnen halen die net de snelheid van het licht zijn, en om het opkomende model te testen waarbij wordt aangenomen dat kosmische stralen ontstaan in losse sterrenhopen die jonge, zware sterren bevatten. Zoals Brian Rauch - een assistent-professor aan de Washington University en de hoofdonderzoeker van SuperTIGER - uitlegde, is tijd de sleutel tot succes:
“Het belang van onze waarneming neemt toe met het aantal gebeurtenissen dat we in wezen lineair met de tijd waarnemen, dus we willen gewoon een zo lang mogelijke vlucht hebben om de statistieken van de verzamelde gegevens te maximaliseren. Een dag met gegevens is een kleine stap vooruit, en we hoeven alleen maar ons hoofd neer te leggen en weg te blijven malen. ”
Samenvattend zijn kosmische stralen energetische deeltjes die afkomstig zijn van onze zon, van andere sterren in de melkweg en van andere sterrenstelsels helemaal. Het meest voorkomende type, dat ongeveer 90% uitmaakt van alle door wetenschappers gedetecteerde stralen, bestaat uit protonen of waterstofkernen, terwijl heliumkernen en elektronen een verre tweede en derde plaats innemen (respectievelijk 8% en 1%).
De resterende 1% bestaat uit de kernen van zwaardere elementen zoals ijzer, die afnemen afhankelijk van hoe hoog ze zijn. Met SuperTIGER zoekt het onderzoeksteam naar het zeldzaamste type van allemaal, de "ultrazware" kosmische straalkernen die zwaarder zijn dan ijzer - van kobalt tot barium. Deze elementen worden gevormd in de kernen van massieve sterren, die vervolgens in de ruimte worden verspreid wanneer de sterren supernova worden.
De explosies resulteren ook in een korte maar intense uitbarsting van neutronen die met ijzerkernen kunnen versmelten, in protonen kunnen vervallen en zwaardere elementen kunnen creëren. De door de explosie veroorzaakte schokgolf vangt deze deeltjes op en versnelt ze totdat ze snel bewegende hoogenergetische kosmische straling worden. John Mitchell, de belangrijkste mede-onderzoeker van de missie bij het Goddard Space Flight Center van NASA, legde uit:
“Zware elementen, zoals het goud in je sieraden, worden geproduceerd door speciale processen in sterren, en SuperTIGER wil ons helpen begrijpen hoe en waar dit gebeurt. We zijn allemaal sterrenstof, maar uitzoeken waar en hoe dit sterrenstof wordt gemaakt, helpt ons ons sterrenstelsel en onze plaats daarin beter te begrijpen. "
Wanneer deze stralen de atmosfeer van de aarde raken, exploderen ze en produceren ze buien van secundaire deeltjes, waarvan sommige detectoren op de grond bereiken. Jarenlang hebben wetenschappers deze detecties gebruikt om de eigenschappen van de oorspronkelijke kosmische straal af te leiden. Ze hebben ook een interfererend achtergrondeffect, daarom zijn instrumenten in de lucht veel effectiever in het bestuderen ervan.
Door naar een hoogte van 40.000 meter (130.000 voet) boven zeeniveau te vliegen, kunnen SuperTIGER en soortgelijke wetenschappelijke ballonnen boven 99,5% van de atmosfeer zweven. Na meerdere weersgerelateerde vertragingen begon de SuperTIGER-2-vlucht op 16 december 2019 in de vroege ochtenduren, gevolgd door de ballon die op 31 december zijn eerste volledige revolutie van Antarctica voltooide.
Daarnaast kreeg het missieteam te maken met enkele technische storingen, waaronder problemen met de stroomvoorziening en een computerstoring waardoor een van de detectormodules vroeg in de vlucht werd geëlimineerd. Desondanks kreeg het team de ballon in de lucht in wat NASA's Balloon Program Office een 'perfecte start' noemde. Zoals Rauch in een persbericht van de universiteit vlak voor de lancering zei:
“Na drie seizoenen op Antarctica - met 19 lanceringspogingen, twee lanceringen en een terugwinning van de lading van een spleetveld - is het geweldig om SuperTIGER-2 eindelijk de drijfhoogte te laten bereiken en wetenschappelijke gegevens te gaan verzamelen. Het derde seizoen is de charme! ”
Zoals opgemerkt brak de SuperTIGER-1-vlucht (2012-2013) wetenschappelijke ballonvaartrecords door in totaal 55 dagen te blijven drijven. Deze missie zal niet proberen dat record uit te dagen en vanwege de technische problemen die het team heeft ondervonden, verwachten ze dat SuperTIGER-2 ongeveer 40% van de statistieken zal verzamelen die met de eerste vlucht zijn behaald.
Nu de tweede revolutie rond het continent is voltooid, wacht het team nu op het weer om te bepalen wanneer de missie zal eindigen. "Zoals de stratosferische winden dit seizoen circuleren, wordt onze vlucht beëindigd wanneer de ballon over een geschikte locatie komt aan het einde van onze tweede revolutie rond het continent, 'zei Rauch.
Zoals met alle kosmische mysteries, is de echte sleutel om ze op te lossen ouderwets geduld!
