År 2012 tog det ballongburna observatoriet, känt som Super Trans-Iron Galactic Element Recorder (SuperTIGER) till himlen för att genomföra observationer i hög höjd av Galactic Cosmic Rays (GCR). I fortsättningen enligt sin föregångares tradition (TIGER) satte SuperTiger ett nytt rekord efter att ha genomfört en 55-dagarsflygning över Antarktis - vilket hände mellan december 2012 och januari 2013.
Den 16 december 2019, efter flera lanseringsförsök, tog observatoriet till luften igen och passerade över Antarktis två gånger på bara tre och en halv veckor. Liksom föregångaren är SuperTIGER en samarbetsinsats för att studera kosmiska strålar - protoner med hög energi och atomkärnor - som har sitt ursprung utanför vårt solsystem och reser genom rymden nära ljusets hastighet.
SuperTIGER-programmet är ett samarbete mellan Washington University i St. Louis, University of Minnesota och NASA: s Goddard Space Flight Center (GSFC) och Jet Propulsion Laboratory vid California Institute of Technology (Caltech). Detta ballonfödda instrument är utformat för att studera den sällsynta typen av kosmiska strålar som består av atomkärnorna i tunga element.
Det ultimata målet är att lära sig var och hur dessa strålar kan uppnå hastigheter som bara är blyg över ljusets hastighet, samt testa den framväxande modellen där kosmiska strålar tros komma från lösa kluster som innehåller unga, massiva stjärnor. Som Brian Rauch - biträdande professor vid Washington University och huvudutredaren för SuperTIGER - förklarade är nyckeln till framgång:
”Betydelsen av vår observation ökar med antalet händelser vi observerar väsentligen linjärt med tiden, så vi vill helt enkelt ha en så lång flygresa som möjligt för att maximera statistiken över de insamlade uppgifterna. En dag med data är ett litet steg av framsteg, och vi måste bara sätta huvuden ner och hålla kvar slip. "
För att sammanfatta är kosmiska strålar energiska partiklar som härstammar från vår sol, från andra stjärnor i galaxen och helt från andra galaxer. Den vanligaste typen, som utgör ungefär 90% av alla strålar som detekteras av forskare, består av protoner eller vätekärnor medan heliumkärnor och elektroner rankas en avlägsen sekund och tredje (står för 8% respektive 1%).
De återstående 1% består av kärnorna i tyngre element som järn, som minskar i gemensamhet beroende på hur hög massa de är. Med SuperTIGER letar forskarteamet efter den sällsynta typen av allt, de ”ultratunga” kosmiska strålkärnorna som är tyngre än järn - från kobolt till barium. Dessa element bildas i kärnorna i massiva stjärnor, som sedan sprids ut i rymden när stjärnorna går supernova.
Explosionerna resulterar också i en kort men intensiv spräng av neutroner som kan smälta samman med järnkärnor, sönderfalla till protoner och skapa tyngre element. Chockvågen som alstras av explosionen fångar och accelererar även dessa partiklar tills de blir snabbt rörliga högenergiska kosmiska strålar. Som John Mitchell, förklarade uppdragets ledande medutredare vid NASA: s Goddard Space Flight Center:
”Tunga element, som guldet i dina smycken, produceras genom speciella processer i stjärnor, och SuperTIGER syftar till att hjälpa oss förstå hur och var detta händer. Vi är alla stardust, men att räkna ut var och hur denna stardust görs hjälper oss att bättre förstå vår galax och vår plats i den. "
När dessa strålar träffar jordens atmosfär exploderar de och producerar duschar av sekundära partiklar, av vilka några når detektorer på marken. Under många år har forskare använt dessa upptäckter för att dra slutsatsen om den ursprungliga kosmiska strålen. De ger också en störande bakgrundseffekt, varför luftburna instrument är mycket mer effektiva att studera dem.
Genom att flyga till en höjd av 40 000 meter över havet kan SuperTIGER och liknande vetenskapliga ballonger flyta över 99,5% av atmosfären. Efter flera väderrelaterade förseningar började flygningen av SuperTIGER-2 den 16 december, 2019 under de små morgontimmarna, som följdes av att ballongen slutförde sin första fulla revolution av Antarktis senast den 31 december.
Dessutom fick uppdragsteamet ta itu med några tekniska fel, som inkluderade problem med strömförsörjningen och ett datorfel som eliminerade en av detektormodulerna tidigt under flygningen. Trots detta fick laget ballongen i luften i vad NASA: s Balloon Program Office kallade en "bild-perfekt lansering." Som Rauch uttalade i ett pressmeddelande från universitetet precis före lanseringen:
”Efter tre Antarktisäsonger - med 19 lanseringsförsök, två lanseringar och en återhämtning av nyttolasten från ett klyvningsfält - är det underbart att SuperTIGER-2 äntligen når flottörhöjden och börjar samla in vetenskapliga data. Den tredje säsongen är charmen! ”
Som noterats, SuperTIGER-1-flygningen (2012-13) bröt vetenskapliga ballooningrekord genom att stanna flytande i totalt 55 dagar. Detta uppdrag kommer inte att försöka utmana den posten och på grund av de tekniska problem som teamet har upplevt, förväntar de sig att SuperTIGER-2 kommer att samla in cirka 40% av statistiken som uppnåtts med den första flygningen.
Med sin andra revolution runt kontinenten nu klar, väntar teamet nu på vädret för att avgöra när uppdraget kommer att sluta. ”Hur de stratosfäriska vindarna cirkulerar den här säsongen kommer vår flygning att avslutas när ballongen kommer över en lämplig plats i slutet av vår andra revolution runt kontinenten, ”sade Rauch.
Som med alla kosmiska mysterier är den verkliga nyckeln till att lösa dem god gammaldags tålamod!
