I 2012 tok det ballongbårne observatoriet kjent som Super Trans-Iron Galactic Element Recorder (SuperTIGER) til himmelen for å gjennomføre observasjoner i høyden av Galactic Cosmic Rays (GCRs). I fortsettelsen etter sin forgjenger (TIGER), satte SuperTiger ny rekord etter å ha fullført en 55-dagers flytur over Antarktis - som skjedde mellom desember 2012 og januar 2013.
16. desember 2019, etter flere utskytningsforsøk, tok observatoriet luften igjen og passerte Antarktis to ganger i løpet av bare tre og en halv uke. I likhet med forgjengeren, er SuperTIGER en samarbeidsinnsats designet for å studere kosmiske stråler - høyeenergi-protoner og atomkjerner - som stammer utenfor solsystemet vårt og reiser gjennom rommet nær lysets hastighet.
SuperTIGER-programmet er et samarbeid mellom Washington University i St. Louis, University of Minnesota, og NASAs Goddard Space Flight Center (GSFC) og Jet Propulsion Laboratory ved California Institute of Technology (Caltech). Dette ballonfødte instrumentet er designet for å studere den sjeldne typen kosmiske stråler som består av atomkjernene fra tunge elementer.
Det endelige målet er å lære hvor og hvordan disse strålene kan oppnå hastigheter bare sky for lysets hastighet, samt teste den gryende modellen der kosmiske stråler antas å stamme fra løse klynger som inneholder unge, massive stjerner. Som Brian Rauch - adjunkt ved Washington University og hovedetterforsker for SuperTIGER - forklarte, er nøkkelen til suksess tid:
"Betydningen av vår observasjon øker med antall hendelser vi observerer i hovedsak lineært med tiden, så vi ønsker ganske enkelt å ha en så lang flytur som mulig for å maksimere statistikken over dataene som er samlet inn. En datadag er et lite trinn på fremgang, og vi må bare legge hodene ned og holde sliping borte. ”
For å sammenfatte, er kosmiske stråler energiske partikler som stammer fra solen vår, fra andre stjerner i galaksen, og helt fra andre galakser. Den vanligste typen, som utgjør omtrent 90% av alle stråler oppdaget av forskere, består av protoner eller hydrogenkjerner mens heliumkjerner og elektroner rangerer et fjernt sekund og tredje (står for henholdsvis 8% og 1%).
De resterende 1% består av kjerner av tyngre elementer som jern, som avtar i felleskap avhengig av hvor høy masse de er. Med SuperTIGER leter forskerteamet etter den sjeldneste typen av alt, de “ultratunge” kosmiske strålekjerner som er tyngre enn jern - fra kobolt til barium. Disse elementene dannes i kjernene til massive stjerner, som deretter spres ut i verdensrommet når stjernene går supernova.
Eksplosjonene resulterer også i en kort, men intens utbrudd av nøytroner som kan smelte sammen med jernkjerner, forfalle til protoner og skape tyngre elementer. Sjokkbølgen produsert av eksplosjonen fanger også inn og akselererer disse partiklene til de blir raskt bevegelige høyenergiske kosmiske stråler. Som John Mitchell, misjonens ledende medetterforsker ved NASAs Goddard Space Flight Center, forklarte:
“Tunge elementer, som gullet i smykkene dine, produseres gjennom spesielle prosesser i stjerner, og SuperTIGER har som mål å hjelpe oss å forstå hvordan og hvor dette skjer. Vi er alle stardust, men å finne ut hvor og hvordan denne stardusten er laget hjelper oss å bedre forstå vår galakse og vår plass i den. ”
Når disse strålene treffer Jordens atmosfære, eksploderer de og produserer dusjer av sekundære partikler, hvorav noen når detektorer på bakken. I mange år har forskere brukt disse påvisningene for å utlede egenskapene til den opprinnelige kosmiske strålen. De gir også en forstyrrende bakgrunnseffekt, og det er grunnen til at luftbårne instrumenter er mye mer effektive til å studere dem.
Ved å fly til en høyde på 40 000 meter over havet, kan SuperTIGER og lignende vitenskapelige ballonger flyte over 99,5% av atmosfæren. Etter flere værrelaterte forsinkelser begynte SuperTIGER-2-flyvningen 16. desember 2019 i de små timer om morgenen, som ble fulgt av at ballongen fullførte sin første full revolusjon av Antarktis innen 31. desember.
I tillegg måtte misjonsteamet håndtere noen tekniske feil, som inkluderte problemer med strømforsyningen og en datamaskinfeil som eliminerte en av detektormodulene tidlig i flyturen. Til tross for dette fikk teamet luftballonen i det som NASAs Balloon Program Office kalte en "bilde-perfekt lansering." Som Rauch uttalte i en pressemelding fra Universitetet rett før lanseringen:
"Etter tre Antarktis sesonger - med 19 utskytningsforsøk, to oppskytninger og en gjenvinning av nyttelasten fra et brespalte felt - er det fantastisk å få SuperTIGER-2 endelig til å flyte høyde og begynne å samle vitenskapelige data. Den tredje sesongen er sjarmen! ”
Som bemerket brøt SuperTIGER-1-flyvningen (2012-13) vitenskapelige ballooningrekorder ved å holde seg flytende i totalt 55 dager. Dette oppdraget vil ikke forsøke å utfordre denne posten, og på grunn av de tekniske problemene teamet har opplevd, forventer de at SuperTIGER-2 vil samle rundt 40% av statistikken oppnådd med den første flyvningen.
Med sin andre revolusjon rundt kontinentet som nå er ferdig, venter teamet nå på været for å avgjøre når oppdraget skal avsluttes. ”Slik stratosfærens vind sirkulerer denne sesongen, vil flyet vårt avsluttes når ballongen kommer over et passende sted på slutten av vår andre revolusjon rundt kontinentet, ”sa Rauch.
Som med alle kosmiske mysterier, er den virkelige nøkkelen til å løse dem god gammeldags tålmodighet!
