I 2012 tog det ballonbårne observatorium kendt som Super Trans-Iron Galactic Element Recorder (SuperTIGER) til himlen for at gennemføre højhøjdeobservationer af galaktiske kosmiske stråler (GCR). I fortsættelse i traditionen fra sin forgænger (TIGER) satte SuperTiger en ny rekord efter at have afsluttet en 55-dages flyvning over Antarktis - hvilket skete mellem december 2012 og januar 2013.
Den 16. december 2019, efter flere lanceringsforsøg, tog observatoriet luften igen og passerede Antarktis to gange i løbet af bare tre og en halv uge. Som sin forgænger er SuperTIGER en samarbejdsindsats designet til at studere kosmiske stråler - protoner med høj energi og atomkerner - der stammer uden for vores solsystem og rejser gennem rummet tæt på lysets hastighed.
SuperTIGER-programmet er en samarbejdsindsats mellem Washington University i St. Louis, University of Minnesota og NASA's Goddard Space Flight Center (GSFC) og Jet Propulsion Laboratory ved Californien Institute of Technology (Caltech). Dette ballonfødte instrument er designet til at studere den sjældne type kosmiske stråler, der består af atomkernerne fra tunge elementer.
Det ultimative mål er at lære, hvor og hvordan disse stråler kan nå hastigheder, der bare er genere for lysets hastighed, samt test den nye model, hvor kosmiske stråler antages at stamme fra løse klynger, der indeholder unge, massive stjerner. Som Brian Rauch - en adjunkt ved Washington University og den primære efterforsker for SuperTIGER - forklarede, er nøglen til succes tid:
”Betydningen af vores observation øges med antallet af begivenheder, vi observerer i det væsentlige lineært med tiden, så vi ønsker blot at have en så lang flyrejse som muligt for at maksimere statistikken over de indsamlede data. En datadag er et lille stigning i fremskridt, og vi er bare nødt til at lægge hovedet ned og holde slibning væk. ”
For at opsummere er kosmiske stråler energiske partikler, der stammer fra vores sol, fra andre stjerner i galaksen og helt fra andre galakser. Den mest almindelige type, der udgør cirka 90% af alle stråler, der er påvist af videnskabsmænd, består af protoner eller brintkerner, mens heliumkerner og elektroner rangerer et fjernt sekund og tredje (svarende til henholdsvis 8% og 1%).
De resterende 1% består af kernerne af tungere elementer som jern, som falder i fælles afhængig af, hvor store masser de er. Med SuperTIGER leder forskerteamet efter den sjældneste type af alle, de ”ultratunge” kosmiske strålekerner, der er tungere end jern - fra kobolt til barium. Disse elementer dannes i kerne af massive stjerner, der derefter spredes ud i rummet, når stjernerne bliver supernova.
Eksplosionerne resulterer også i en kort, men intens burst af neutroner, der kan smelte sammen med jernkerner, henfalde til protoner og skabe tungere elementer. Den chokbølge, der er produceret af eksplosionen, indfanger og accelererer også disse partikler, indtil de bliver hurtigt bevægende højenergiske kosmiske stråler. Som John Mitchell, missionens førende efterforsker ved NASA's Goddard Space Flight Center, forklarede:
”Tunge elementer, som guldet i jeres smykker, produceres gennem specielle processer i stjerner, og SuperTIGER sigter mod at hjælpe os med at forstå, hvordan og hvor dette sker. Vi er alle stardust, men at finde ud af, hvor og hvordan denne stardust er lavet, hjælper os med bedre at forstå vores galakse og vores plads i den. ”
Når disse stråler rammer Jordens atmosfære, eksploderer de og producerer brusere af sekundære partikler, hvoraf nogle når detektorer på jorden. I mange år har forskere brugt disse detektioner til at udlede egenskaberne ved den originale kosmiske stråle. De producerer også en interfererende baggrundseffekt, hvorfor luftbårne instrumenter er meget mere effektive til at studere dem.
Ved at flyve til en højde på 40.000 meter over havets overflade er SuperTIGER og lignende videnskabelige balloner i stand til at flyde over 99,5% af atmosfæren. Efter flere vejrrelaterede forsinkelser begyndte flyvningen fra SuperTIGER-2 den 16. december, 2019 i de små timer om morgenen, som blev fulgt af af ballonen, der afsluttede sin første fulde revolution af Antarktis inden den 31. december.
Derudover var missionsteamet nødt til at beskæftige sig med nogle tekniske fejl, der inkluderede problemer med strømforsyningen og en computerfejl, der eliminerede et af detektormodulerne tidligt i flyvningen. På trods af dette fik holdet ballonen i luften i det, som NASA's Balloon Program Office kaldte en "billed perfekt lancering." Som Rauch sagde i en pressemeddelelse fra universitetet lige inden lanceringen:
”Efter tre antarktiske sæsoner - med 19 lanceringsforsøg, to lanceringer og en nyttiggørelse af nyttelasten fra et spaltefelt - er det vidunderligt at SuperTIGER-2 endelig når flydende højde og begynder at indsamle videnskabelige data. Den tredje sæson er charmen! ”
Som bemærket brød SuperTIGER-1-flyvningen (2012-13) videnskabelige ballonoptegnelser ved at forblive på flydende plan i alt 55 dage. Denne mission vil ikke forsøge at udfordre denne rekord, og på grund af de tekniske problemer, holdet har oplevet, forventer de, at SuperTIGER-2 vil indsamle omkring 40% af statistikken opnået med den første flyvning.
Med sin anden revolution omkring kontinentet nu færdig, venter teamet nu på vejret for at bestemme, hvornår missionen vil afslutte. ”Den måde, hvorpå de stratosfæriske vinde cirkulerer denne sæson, vil vores fly afsluttes, når ballonen kommer over et passende sted i slutningen af vores anden revolution omkring kontinentet, ”sagde Rauch.
Som med alle kosmiske mysterier, er den reelle nøgle til at løse dem god gammeldags tålmodighed!
