Antarktika mag eine der unwirtlichsten Regionen auf dem Planeten sein, aber es ist ein Mekka für Astronomen. Die kalte, trockene Luft ermöglicht Beobachtungen, die nirgendwo anders auf der Erde gemacht werden können. Seit Jahrzehnten werden am Südpol Teleskope betrieben. Jetzt haben Wissenschaftler einen neuen Standort namens Dome A im Auge, der eine einzigartige Möglichkeit bietet, um das Universum in den wenig erforschten Terahertzradiofrequenzen zu untersuchen.
„Dome A ist der beste Standort, den wir gefunden haben: sehr flach, sehr ruhige Winde, und der trockenste Ort auf dem Planeten“, sagte Qizhou Zhang vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), ein Co-Autor der neuen Studie, die online im Journal Nature Astronomy erscheint.
Dome A ist der höchste Punkt in Antarktika und liegt in einer Höhe von mehr als 4.000 Metern – das ist vergleichbar mit dem Mauna Kea auf Hawaii. Im Gegensatz zum Südpol wird er jedoch nicht von Flugzeugen angeflogen. Stattdessen müssen Forscher von der antarktischen Küste aus in Richtung Inland reisen. Das ist eine Strecke von ungefähr 1.200 Kilometern, die bis zu drei Wochen in Anspruch nimmt.
Als Belohnung für diese Anstrengungen können Wissenschaftler Zugang zu einem Strahlungstyp bekommen, der als Terahertzstrahlung bezeichnet wird und Frequenzen von über einer Billion Hertz aufweist (das ist 1.000 Mal mehr als die von Handys genutzten Frequenzen). Diese Strahlung stammt von kalten Wolken aus interstellarem Gas und Staub. Indem wir sie untersuchen, können wir neue Einblicke in den Ursprung von Sternen und Galaxien erhalten.
Weil Wasserdampf in der Erdatmosphäre diese Strahlung absorbiert, sind nur wenige Orte auf der Erde für Beobachtungen im Terahertzbereich geeignet. Astronomen haben sich daher auf Flugzeuge und Weltraummissionen gestützt, die allerdings kostenintensiver und weniger flexibel sind.
Die Lösung ist, einen extrem trockenen Standort zu finden. Zhang und Co-Autor Scott Paine vom CfA arbeiteten mit ihren Kollegen vom Purple Mountain Observatory zusammen. Unter Führung des leitenden Wissenschaftlers Sheng-Cai Shi konstruierten sie Instrumente, um die Bedingungen an Dome A über einen Zeitraum von 19 Monaten vor Ort zu messen. Die dort gesammelten Daten werden auch helfen, Klimamodelle zu verbessern.
„Der Wasserdampf in der Erdatmosphäre, der unseren Blick in den Kosmos erschwert, blockiert auch Infrarotstrahlung, die von der Erdoberfläche in Richtung Weltraum emittiert wird, was die Grundlage des Treibhauseffekts ist“, sagte Paine, der atmosphärische Strahlung untersucht.
Das Team stellte fest, dass Dome A häufig so trocken ist, dass der gesamte Wasserdampf in einer schmalen Säule vom Boden bis an die Grenze zum Weltraum im kondensierten Zustand nur einen Film von weniger als 100 Mikrometern Dicke bilden würde. Das entspricht etwa 1/250 Zoll oder der doppelten Dicke eines menschlichen Haares, und es ist zehnmal weniger als über dem Mauna Kea, einem der weltbesten Standorte für astronomische Beobachtungen.
Außerdem bietet Dome A ein natürliches Labor für die Untersuchung der Auswirkungen von Wasserdampf auf die atmosphärische Absorption bei extrem niedrigen Temperaturen. Die kalte Atmosphäre in der Antarktis liefert einen direkten Zugang zu Bedingungen, die normalerweise in der oberen Troposphäre der Erde zu finden sind.
Dome A in ein permanentes Observatorium für Astronomie und Atmosphärenforschung zu verwandeln, wird erhebliche Anforderungen stellen. Im Gegenzug bekommen die Forscher einen einmaligen Standort für die Durchführung wissenschaftlicher Forschung.
Das Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) mit Hauptsitz in Cambridge (Massachusetts) ist ein Gemeinschaftsprojekt des Smithsonian Astrophysical Observatory und des Harvard College Observatory. Wissenschaftler aus sechs Forschungsabteilungen untersuchen hier den Ursprung, die Entwicklung und das endgültige Schicksal des Universums.
(THK)
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