Neutronendetektor auf der Zugspitze misst kosmische Strahlung

Wetterküche Weltall? Wird unser Klima durch Strahlung aus dem All beeinflusst?

Wissenschaftler des GSF – Forschungszentrums für Umwelt und Gesundheit gehen dieser Frage mit Hilfe einer neuen Messstation an der Umweltforschungsstation (UFS) Schneefernerhaus auf den Grund. Am 12. Oktober wurde die Messstation offiziell eröffnet, unter deren Spitzdach unter anderem ein so genanntes Vielkugelspektrometer kosmische Strahlung aus dem Weltall einfängt. Gemeinsam mit an der UFS vor allem vom Deutschen Wetterdienst und dem Umweltbundesamt im Rahmen des „Global Atmosphere Watch“-Programms routinemäßig erhobenen Daten kann dann untersucht werden, ob es einen Zusammenhang zwischen kosmischer Strahlung und atmosphärischen Zustandsgrößen gibt. Das Projekt wird vom Bayerischen Staatsministerium für Umwelt, Gesundheit und Verbraucherschutz gefördert.

Die Erde ist einem ständigen Bombardement von energiereichen Teilchen aus dem Weltall ausgesetzt. Das Magnetfeld der Sonne schirmt diese Teilchen teilweise ab, so dass ihre Intensität auf der Erde vom elfjährigen Sonnenflecken-Zyklus, der ein Maß für die Stärke des solaren Magnetfelds liefert, abhängt. Auch unsere Atmosphäre schützt gegen die kosmische Strahlung. Dabei entstehen allerdings auch neue Teilchen, die als Sekundärstrahlung bezeichnet werden. „Da sich die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Erdatmosphäre in den letzten Jahren teilweise erheblich verändert haben – so ist der CO2-Gehalt seit Beginn der industriellen Revolution stark angestiegen – ist zu erwarten, dass sich auch die Wechselwirkungen der kosmischen Strahlung mit der Atmosphäre bereits verändert haben bzw. sich weiter verändern werden“, erklärt Dr. Werner Rühm vom GSF-Institut für Strahlenschutz. Denkbar ist zum Beispiel, dass Strahlungspartikel beim Aufprall auf Atmosphärengase Kondensationskeime erzeugen, die zu verstärkter Wolkenbildung führen.

Die UFS in 2.650 Metern Höhe ist ein idealer Standort für die neue Messstation, da die Dichte der Luft dort bereits deutlich geringer ist als im Tal. Dadurch schwächt die Atmosphäre die kosmische Strahlung weniger stark ab und es können genauere Messungen durchgeführt werden. Zudem werden an der UFS bereits umfangreiche luftphysikalische und -chemische Messungen durchgeführt. „Die gleichzeitige Erhebung von Atmosphärenparametern wie Lufttemperatur, Niederschlagsmenge, relativer Luftfeuchte, Sonnenscheindauer u.ä., aber auch von atmosphärischen Spurengasen, gibt uns die einzigartige Chance, diese Daten mit der von uns gemessenen kosmischen Strahlung zu korrelieren und so den Einfluss der Strahlung auf die Atmosphäre zu untersuchen“, betont Rühm.

Das Vielkugelspektrometer besteht aus 16 mit 3He-Gas gefüllten Detektoren, die von weißen Polyethylenkugeln verschiedener Durchmesser umgeben sind. Die Detektoren reagieren nur auf „langsame“ Neutronen mit niedriger Energie, deshalb werden energiereichere, d.h. schnellere Neutronen mit Hilfe der Polyethylenkugeln vor der Messung abgebremst. Die unterschiedlichen Durchmesser sorgen dafür, dass die einzelnen Kugeln auf Neutronen bestimmter Energiebereiche spezialisiert sind: Je größer die Kugel ist, desto energiereichere Teilchen kann sie abbremsen. Die Kombination der Messergebnisse der verschiedenen Kugeln erlaubt die Rekonstruktion des Energiespektrums der einfallenden Neutronen über einen weiten Energiebereich von etwa 1 meV bis 10 GeV.

Das mit dem Vielkugelspektrometer gewonnene Neutronenspektrum wird allerdings auch durch die Materialien in der näheren Umgebung beeinflusst. Besonders der Wassergehalt spielt hierbei eine wichtige Rolle – also würde auch eine Schneeauflage auf dem Labordach die Messergebnisse verändern. Um dies zu vermeiden, wurde für die Messstation eine drei Meter hohe Spitzdachkonstruktion mit einem Dachneigungswinkel von 64 Grad gewählt, von der der Schnee einfach abrutschen kann.

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