Neumayer Station III


      Die Wechselwirkung mit dem Erdmagnetfeld sorgt dafür, dass niederenergetische kosmische Teilchen vom Äquator in Richtung Pole gelenkt werden. Dort können sie tief in die Erdatmosphäre eindringen und sorgen so für die spektakulären Polarlichter. Im Vergleich zu den meisten anderen Orten auf der Erde erwartet man an den Polen die höchste Rate niederenergetischer kosmischer Teilchen. Um das zu untersuchen wurden auf der Neumayer Station III im Jahre 2012 ein Szintillationszähler-Experiment und einen Neutron-Monitor installiert.

      Die Neumayer Station III ist eine deutsche Forschungsstation auf dem Schelfeis der Antarktis. Sie ist seit 2009 in Betrieb. Hauptforschungsgebiete der vom Alfred-Wegener-Institut betriebenen Neumayer III sind Geophysik, Meteorologie und Luftchemie.

      Die niederenergetische Komponente der kosmischen Strahlung stammt vor allem von der Sonne und lässt sich gut mit einem Neutron-Monitor messen. Ein interessantes Forschungsthema ist daher, ob sich Zusammenhänge zwischen der gemessenen Rate kosmischer Teilchen mit Sonneneruptionen oder dem Sonnenzyklus finden lassen und ob es unterschiede zwischen den Werten vom Neutronen-Monitor und dem Szintillationszähler gibt.

       
      Versuchsaufbau des Szintillationszähler-Experiments


        Das Szintillationszähler-Experiment misst Myonen, die in Luftschauern bei der Wechselwirkung von kosmischen Teilchen mit der Atmosphäre entstehen. Dazu werden Szintillatorplatten genutzt, ähnlich wie beim CosMO-Experiment. Das Szintillationszähler-Experiment besteht aus folgenden Komponenten (entsprechend der Nummerierung auf dem Foto):

          1. zwei Szintillationszähler-Detektoren im Abstand von 40 cm,
          2. einer DAQ-Karte (vom Fermilab QuarkNet-Experiment),
          3. ein Netbook, auf dem ein spezielles Programm arbeitet, das nicht nur die Daten speichert, sondern auch analysiert, damit sie über das interne Netzwerk der Polarstern einmal täglich zum DESY übertragen werden können.

            Die beiden 25x25 cm2 großen Detektoren werden jeweils von zwei PMTs ausgelesen. Nur wenn beide PMTs pro Detektor ein Signal registrieren, wird das auch als Detektion eines Myons gewertet. Damit erreicht man eine gute Unterdrückung von Fehlsignalen.

             
            Versuchsaufbau des Neutronen-Monitors


              Der Neutronen-Monitor ist ein Detektor zur Messung von Neutronen, die bei Wechselwirkungen hadronischer kosmischer Teilchen (Protonen, leichte Kerne) mit Molekülen der Erdatmosphäre entstehen. Er besteht aus den folgenden Komponenten:
              • einem Detektor
              • einer Elektronik-Box zur Signalverwertung
              • einem Computer zur Datennahme

              Eine Beschreibung der Funktionsweise findet sich im Glossar.

               
              Datenstruktur


                Die Daten auf Cosmic@Web enthalten folgende Informationen: die Zeit, die Teilchenrate pro Stunde vom Szintillationszähler und vom Neutron- Monitor, Wetterinformationen wie Luftdruck und Temperatur. Weitere Informationen findest du in der Datensatzbeschreibung.

                 
                Mögliche Aufgabenstellungen


                  Mit den Daten der beiden Experimente auf der Neumayer Station III ergeben sich mehrere mögliche Aufgabenstellungen:
                  • Bestimmung der Rate kosmischer Teilchen in Abhängigkeit der Wetterbedingungen.
                  • Suche nach Sonneneruptionen, bei der Unmengen kosmischer Teilchen explosionsartig von der Sonne ausgestoßen werden. Die Rate kosmischer Teilchen überschreitet dabei kurz deutlich den über alle Zeit gemittelten Wert. Je nach Stärke der Eruption wird die Ionosphäre dadurch beeinflussen und elektromagnetische Störungen hervorrufen.
                  • Vergleich der Teilchenraten vom Szintillationszähler und Neutronen-Monitor.
                  • Vergleich der Daten mit den Ergebnissen anderer Experimente, z.B. Satellitenexperimete zur Sonnenbeobachtung. Natürlich kann man auch die Daten von der Polarstern mit denen auf der Neumayer-Station vergleichen.

                  Beispieldiagramme


                    Auf der Plattform Cosmic@Web finden sich unter der Session-ID Neumayer einige Beispieldiagramme.
                     

                    Teilchenraten über die Zeit vom Szintillationszähler und Neutronen-Monitor


                     

                    Teilchenrate-Luftdruck-2D-Histogramm