Ein neuer Protonengürtel für Mutter Erde

News: Ein neuer Protonengürtel für Mutter Erde

Wenn Astronomen ein neues Meßinstrument in eine Umlaufbahn außerhalb der Erdatmosphäre schicken, erleben sie bei der Auswertung des Datenmaterials meist eine Menge Überraschungen. Da machte das Alpha-Magnet-Spektrometer, dessen Jungfernflug mit der Raumfähre Discovery jetzt ein Jahr zurückliegt, keine Ausnahme: Es entdeckte einen Gürtel aus Protonen geringer Energie um den Äquator und einen Ring mit unerwartet vielen Positronen - dem Antiteilchen zum Elektron. Nur die Kerne aus Antimaterie, nach der das Gerät fahndete, hat es noch nicht gefunden.

Die Theorien von der Entstehung des Universums sagen aus, daß ursprünglich Materie und Antimaterie in gleichen Mengen erzeugt wurden. Die Welt, in der wir leben, besteht jedoch nur aus Materie. Wenn die Modelle stimmen, müßten aber zumindest noch Reste von Antimaterie im Kosmos zu finden sein. Die Suche danach wird in den kommenden Jahren eine der Hauptaufgaben des Alpha-Magnet-Spektrometers (AMS) sein. Auf seinem zehntägigen Testflug mit der Raumfähre Discovery hatte das AMS zwar etwa drei Millionen Heliumkerne untersucht, die aus den Tiefen des Weltalls stammen, doch kein einziger davon bestand aus Antimaterie.

Dafür hat der Teilchendetektor mehr als 100 Millionen kosmische Teilchen registriert und vermessen. Dabei handelt es sich meist um Überbleibsel thermonuklearer Reaktionen auf der Sonne und entfernten Sternen. Nach der bisherigen Vorstellung sollten sie so durch das Magnetfeld der Erde abgelenkt werden, daß Teilchen mit niedriger Energie vornehmlich an den magnetischen Polen der Erde zu finden sind. Das AMS fand jedoch in fast allen Breiten eine unerwartet hohe Zahl von relativ niederenergetischen Protonen – insbesondere in der Nähe des Äquators. "In etwa 400 Kilometern Höhe existiert ein unvermuteter Gürtel, der wie eine magnetische Flasche vorbeiziehende Protonen und Elektronen speichert", sagt dazu Klaus Lübelsmeyer vom I. Physikalischen Institut der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen. Anscheinend kreisen die Protonen in dem etwa 4000 Kilometer breiten Bereich beiderseits des Äquators um die magnetischen Feldlinien.

Einen ähnlichen Effekt gibt es auch bei kosmischen Elektronen und den dazugehörigen Antiteilchen, den Positronen. Sie entstehen kontinuierlich in gleicher Anzahl durch hochenergetische kosmische Teilchen. AMS hat allerdings beobachtet, daß viermal so viele niederenergetische Positronen wie Elektronen in einem Ring um den Äquator vorkommen. Auch die Gründe für diesen Unterschied sind den Wissenschaftlern rätselhaft.

Ab 2004 soll AMS an Bord der neuen Raumstation ISS betrieben werden. Vielleicht werden weitere Messungen Licht in das Dunkel bringen.

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