Das AMS-02 nach 17 Jahren am Ziel: das teuerste, größte und kontroverseste Experiment auf der ISS

Die Endeavour hat es gestern angeschleppt (Bilder), und mit den Robotarmen von Shuttle und Raumstation wurde es heute morgen auf dem Gerüst der ISS installiert (Videos, dankenswerterweise stark beschleunigt): das Alpha Magnetic Spectrometer-2, ein rund 2 Milliarden US-Dollar teurer Detektor für Primärteilchen der Kosmischen Strahlung, der den Rest der Lebensdauer der ISS lang – also bis mindestens 2020 – eine enorme Datenmenge einfahren soll. Ob dies allerdings den Aufwand wert ist und insbesondere neue Erkenntnisse in drei speziellen Sektoren der Teilchenphysik bringen wird, darüber wurde vor dem Start auf der vorletzten Shuttle-Mission überhaupt ausdauernd gestritten. Der Beschluss zum Bau des AMS-02 war einst ohne die übliche Begutachtung von Experimenten für die Raumstation gefallen und mehr eine Eingebung des damaligen NASA-Chefs Dan Goldin gewesen, den die unermüdliche Werbekampagne des AMS-Initiators und Physiknobelpreisträgers Samuel Ting beeindruckt hatte. In den Folgejahren war das Projekt mal auf der Abschussliste, dann wieder gut bewertet worden aber lange ohne Mitfluggelegenheit auf dem Shuttle, nachdem dessen baldiges Ende 2004 beschlossen worden war.

Tings energischem Betreiben ist es schließlich zuzuschreiben, dass der US-Kongress die nun laufende Mission STS-134 der NASA quasi aufzwang, die sonst nur wenig Nutzlast mitführen kann. Deren Kosten – rund 1 Mrd.$ – müssen nun die USA bezahlen, die andererseits nur ca. 135 Mio.$ in das Experiment selbst investieren mussten: Das haben größtenteils 15 andere Nationen finanziert, die Ting zu einem Riesenkonsortium aus 56 Forschungsinstituten bewegen konnte. Goldin hatte das AMS-02 (die Nr. 1 war ein Prototyp, der 1998 zehn Tage mit einem Shuttle flog; Skyweek 14 #22+23 [15.7.1998] 4-5) ‚bestellt‘, weil er damit den – stets umstrittenen – wissenschaftlichen Nutzen der Raumstation beweisen wollte, und umgekehrt ist die ISS die ideale Heimat für den gewaltigen Detektor (8.5 Tonnen, 64 Kubikmeter): Sie liefert ihm den Strom (2.5 kW) und sorgt umgekehrt für die Abfuhr der Datenflut (im Mittel 2 Mb/s, kondensiert aus 7 Gb/s). Herzstück des Detektors ist ein 1.1 x 0.8 m großer und 1.2 t schwerer Permanentmagnet: Man hat zu guter Letzt denjenigen aus dem alten Prototypen verwendet („Umbau …“) und nicht einen noch stärkeren supraleitenden, weil dem nach wenigen Jahren das Kühlmittel ausgegangen wäre (das dann nicht zu ersetzen gewesen wäre, ISS hin oder her).

Das nun um 30% schwächere Magnetfeld (immer noch 3000-mal stärker als das der Erde) verschlechtert zwar die Datenqualität, was aber – so rechnet jedenfalls Ting – durch die ca. 6-mal längere Messzeit mehr als wett gemacht wird: In der Teilchenphysik geht bekanntlich nichts über die schiere Datenmenge, um überzeugender Statistik willen. Aufgabe des Magneten ist es, die Bahn geladener kosmischer Teilchen zu krümmen, die in das AMS eindringen (außerhalb ist das Feld komplett abgeschirmt): Insgesamt 8 verschiedene Systeme des Detektors finden dann etwas über ihre Eigenschaften heraus (im Detail beschrieben im STS-134 Press Kit S. 25-31 = PDF-Seiten 29-35). Optische Himmelskameras stellen dabei fest, in welche Richtung der Detektor genau schaut, während Antikoinzidenzsysteme dafür sorgen, dass nur die in ordentlicher Richtung durch das AMS fliegenden Teilchen überhaupt registriert werden. Dass das alles im Prinzip funktioniert, hatte der 1998-er Prototyp bewiesen: Ting behauptete kurz vor dem Start der Nr. 2 auf einer Pressekonferenz keck, man habe dabei keinerlei Lektionen lernen müssen, also von Anfang an (das Projekt begann 1994) alles richtig gemacht …

Ohne jede Frage sollte das AMS-02 daher Unmengen von Daten über den Fluss Kosmischer Strahlungsteilchen von Protonen bis Eisen über einen weiten Energiebereich liefern, von hunderten von Millionen Partikeln: Das Energiespektrum von 100 MeV bis 2 TeV sollte mit 1% Genauigkeit zu ermitteln sein, und weil AMS-02 mindestens ein Jahrzehnt arbeiten soll, dürften auch Variationen mit dem Sonnenzyklus bemerkbar werden. Besonderes Interesse gilt dabei eventueller Antimaterie: Bereits der Nachweis eines einzigen natürlichen Anti-Helium-Kerns würde – was allerdings kaum jemand glaubt – beweisen, dass es im Kosmos noch größere Vorräte davon gibt. (Das war übrigens die ursprüngliche Motivation Tings gewesen: Das „A“ in AMS stand einst für Antimatter.) Und ein Anti-Kohlenstoffkern bewiese gar die Existenz von Antisternen. Desweiteren könnten Effekte im Energiespektrum bestimmter Teilchen, v.a. von Positronen, auf Zerfallsprodukte von Dunkler Materie – insbesondere Neutralinos – hinweisen, komplementär zu deren möglicher direkter Erzeugung im LHC. Und das AMS-02 wird auch nach Strangelets Ausschau halten, hypothetischen Partikeln aus den drei Quarks Up, Down & Strange (von denen das 1. AMS womöglich sogar ein oder zwei gesehen hat): Das wäre eine völlig neue Art von Materie, wie sie vielleicht in Supernovae entsteht.

Kritiker schimpfen freilich, eine Reihe von drastisch preiswerteren Ballonflügen wäre ein viel besserer Weg gewesen und/oder das Satelliten-Experiment PAMELA (ganz unten) habe bereits die Creme der Forschung abgeschöpft, aber Ting ignoriert seine Widersacher längst komplett. Und schnell irgendwas publizieren will er auch nicht: Schließlich ist das AMS-02 – das bereits Daten sammelt und nach ersten Erkenntnissen nicht den geringsten Schaden genommen hat – als einziges Magnetspektrometer im Weltraum ohne Konkurrenz, da kann man sich Zeit lassen. Und was wird aus dem tollen supraleitenden Magneten, in den insbesondere eine britische Firma viele Jahre Arbeit gesteckt hatte? Diese Erfahrungen will sie nun für eine mögliche Magnetabschirmung bemannter interplanetarer Raumschiffe oder für exotische neue Antriebssysteme nutzen. ESA, NASA Releases 19.5., RWTH Aachen PM 26.4.2011; CNET, Spaceflight Now, BBC, Space.com, Discovery, Universe Today, The Flame Trench 19., Space.com 18., BBC 17., Physics World 16., Nature 4.5., BBC, CBS 26., Boston Globe 10.4., DLF 31.3.2011; Science 22.4.2011 S. 408-9. NACHTRAG: NASA-PK mit Ting und PM der RWTH zum Betriebsbeginn.

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7 Antworten to “Das AMS-02 nach 17 Jahren am Ziel: das teuerste, größte und kontroverseste Experiment auf der ISS”

  1. AMS-02 und STS-134 in Bildern – eine Auswahl « Skyweek Zwei Punkt Null Says:

    […] der ersten Teilchenspuren, die das AMS-02 auf der ISS registriert hat, von einem Kohlenstoff-Atomkern. Natürlich einem normalen, keiner Antimaterie […]

  2. Nachrichten aus der Teilchenphysik kompakt « Skyweek Zwei Punkt Null Says:

    […] Pulsare – handeln wie zerstrahlende Dunkle Materie. Der neue Super-Teilchendetektor AMS auf der ISS – installiert just als die Fermi-Ergebnisse präsentiert wurden – sollte aber in der […]

  3. Nachrichten rund um die ISS kompakt « Skyweek Zwei Punkt Null Says:

    […] kurioses “Selbstportrait” des AMS-02, des gewaltigen Teilchendetektors auf der ISS, der zwar schon 23 Millarden Spuren von Kosmischer Strahlung registriert, bislang aber […]

  4. Allgemeines Live-Blog ab dem 18. Februar « Skyweek Zwei Punkt Null Says:

    […] keine vorläufigen Resultate in die Welt setzen, war immer die oberste Maxime des Chefs des 2011 auf der ISS installierten Teilchendetektors AMS-02 gewesen – aber jetzt hat Sam Ting verlauten lassen, dass es in wenigen Wochen ein […]

  5. Allgemeines Live-Blog ab dem 1. April 2013 | Skyweek Zwei Punkt Null Says:

    […] Alpha Magnetic Spectrometer-2 auf der ISS hat in den ersten 25 Milliarden Teilchen der Kosmischen Strahlung, die durch den aufwändigen […]

  6. Allgemeines Live-Blog ab dem 17. September | Skyweek Zwei Punkt Null Says:

    […] Milliarden Teilchen der Kosmischen Strahlung hat der große Detektor AMS-02 auf der ISS in den ersten 40 Monaten Betrieb registriert, und 41 Milliarden sind jetzt ausgewertet: Was bereits […]

  7. Neue AMS-Mysterien und andere Teilchen-News | Skyweek Zwei Punkt Null Says:

    […] Milliarden Teilchen der Kosmischen Strahlung hat der riesige AMS-02-Detektor seit seiner Installation auf der ISS vor 4 Jahren schon registriert: Das bereits in den Jahren 2013 (“ISS-Detektor AMS-02 bestätigt […]

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