Warum Wissenschaftler ein Teleskop in die tiefsten Teile des Ozeans versenken / Teleskope

Im Jahr 2006 hatten Wissenschaftler, die am ANTARES-Neutrino-Teleskop arbeiteten, ein Problem: Die brandneuen Instrumente beobachteten weit mehr Licht, als sie erwartet hatten. Dies war besonders verwirrend, da ANTARES zweieinhalb Kilometer unter dem Mittelmeer in tiefschwarzem Wasser versenkt wurde.

Sie sehen, das ist kein gewöhnliches Sternabtastungsteleskop. Anstatt nach fernen kosmischen Objekten zu suchen, verwendet das ANTARES-Observatorium auf der Erde hochempfindliche Geräte, um etwas aus dem Weltraum zu erkennen: Das Licht, das von einem kosmischen Neutrino-einem subatomaren Teilchen emittiert wird, ähnlich einem ladungslosen Elektron, während es durchläuft durch Meerwasser.

Die ANTARES-Physiker wussten, als sie anfingen, dass sie ein bisschen Licht von anderen Quellen sehen könnten, wie zum Beispiel Tiefseefische. Aber der Schein, den sie sahen, war stark genug, um ihre Arbeit zu behindern. Wo könnte es herkommen??

Glücklicherweise beschäftigt ANTARES im Gegensatz zu den meisten Observatorien neben Astrophysikern auch Meeresforscher, Geologen, Meeresbiologen und Klimatologen. Mit weiteren Studien entdeckten diese Experten, dass das Licht von einer massiven Blüte von Biolumineszenz-Bakterien aus der Tiefsee kam, die von Wasser, das von der Oberfläche in die Tiefe transportiert wurde, in Bewegung gesetzt wurde.

Was sich zunächst als Straßensperre erwies, erwies sich als Durchbruch: Für das Studium der Tiefseeblüte erhielt die Kollaboration von ANTARES einen Sonderpreis des Wissenschaftsmagazins La Recherche, Dies war die längste Beobachtung einer solchen Blüte in der Tiefsee, und ohne ANTARES hätten die Wissenschaftler sie wahrscheinlich übersehen.

Das macht dieses Observatorium so außergewöhnlich. Es handelt sich hierbei um eine echte interdisziplinäre Zusammenarbeit, die Daten für eine Gruppe von Feldern bereitstellt, die ansonsten völlig unzusammenhängend wirken könnten.

"Das ist der lustige Teil dieser Arbeit, denn wenn über mein Projekt mit Meeresforschern gesprochen wird, sagen sie:" Ein Teleskop, wirklich? ", Sagt Severine Martini, Forscherin am Monterey Bay Research Institute, die ANTARES für ihr Studium des Biolumineszenten verwendet hat Bakterien. Sie gehörte zu der Gruppe, die die Tiefseebakterienblüte untersuchte. „In der Zwischenzeit, wenn wir Astrophysikern von Biolumineszenz und ozeanographischen Phänomenen sprechen, sehen wir irgendwie leer aus. Aber das ist der gute Teil der Arbeit mit verschiedenen Bereichen. Wir versuchen verschiedene Probleme zu lösen, arbeiten aber zusammen. “

Der Grund des Ozeans mag wie eine seltsame Standortwahl für ein Teleskop erscheinen. Wenn Sie nach Neutrinos suchen, ist die Tiefsee tatsächlich der ideale Ort, um danach zu suchen.

Astrophysiker sind fasziniert von kosmischen Neutrinos, von denen angenommen wird, dass sie durch energiereiche und gewalttätige Vorkommnisse im Weltraum entstehen; Die einzigen zwei bestätigten Quellen sind die Sonne und eine ferne Supernova, aber die Physiker möchten gerne herausfinden, woher diese Partikel sonst kommen. Das Problem ist, dass Neutrinos nur eines der vielen Teilchen sind, die ständig die Erde bombardieren - und im Gegensatz zu vielen dieser anderen Teilchen, wie Röntgenstrahlen oder kosmischen Strahlen, interagieren Neutrinos nur sehr schwach mit der Materie, so dass sie im Rauschen besonders schwer zu erkennen sind.

Darüber hinaus werden Neutrinos auch in der Atmosphäre produziert und können nur schwer von ihren kosmischen Gegenstücken unterschieden werden.

Hier kommt der Ozean ins Spiel. Neutrinos sind die einzigen Teilchen, die direkt durch die Erde gelangen können. Daher nutzt ANTARES die Erde als Schutzschild und sucht nach aufwärts gehenden Myonenpartikeln, die den Elektronen sehr ähnlich sind, jedoch ohne massenhafte Neutrinos produzieren, wenn sie durch die Erde gehen. Um diese Myonen zu detektieren, suchen die Photomultiplier des Observatoriums nach einem winzigen Lichtstoß namens Cherenkov-Strahlung, der entsteht, wenn sich ein geladenes Teilchen schneller als die Lichtgeschwindigkeit im Wasser bewegt.

Das Positionieren eines Neutrino-Teleskops auf dem Meeresgrund ist wie das Positionieren zwischen zwei Sieben, die nur das filtern, was sie aufnehmen möchten.

Das Teleskop auf dem Meeresgrund zu positionieren, macht es theoretisch für die Beobachtung des Weltraums sinnvoller - aber es macht es auch viel nützlicher für die Beobachtung des Meeresbodens. "Im weitesten Sinne öffnen wir ein neues Fenster zum Universum", sagt Antoine Kouchner, Professor für Kosmologie an der Université Paris Diderot und Sprecher der ANTARES-Kollaboration. „Aber ein Observatorium, das an Land angeschlossen ist, ermöglicht Echtzeitdaten und -überwachung. Und dort wird es interessant für die Meereswissenschaften. “

Die meisten Informationen aus der Tiefsee kommen in kleinen Bissen; In der Regel werden Instrumente oder Fahrzeuge nur für einige Stunden nach unten geschickt. Informationen über die Tiefsee werden daher gewöhnlich räumlich und zeitlich gestreut und getrennt.

Im Gegensatz dazu hat das ANTARES-Observatorium im Laufe der Jahre ständig Daten jeden Tag übermittelt. Diese Informationen könnten für Wissenschaftler, die sich mit dem Klimawandel befassen, besonders relevant sein. Sie benötigen Datensätze, die viele Jahre umfassen, um herauszufinden, was sich in einem wärmenden Ozean verändert.

"Grundsätzlich ist die Verfügbarkeit eines elektrischen Steckers und eines Ethernet-Kabels in einer Tiefe von 2500 m ein großer Fortschritt für die Wissenschaftsstudien im Bereich Erde und Meer", scherzte Paschal Coyle, Teilchenastrophysiker und ehemaliger Sprecher der Zusammenarbeit. "Es war eine Überraschung für mich, dass diese Community nicht bereits das tat, was wir taten."

Dank der vielen Sensoren, die ANTARES zur Überwachung von Sauerstoff, Temperatur, Druck, Salzgehalt, seismischer Aktivität und vielem mehr bietet, ist der Umfang der Nicht-Physik-Projekte bei ANTARES inzwischen sehr breit, angefangen von der Überwachung des Sedimentflusses auf dem Meeresboden bis hin zur Aufzeichnung von Pottwalen wie sie in der Tiefe jagen.

Und sie studieren immer noch diese winzigen Lichtpunkte, die für die Astrophysiker Lärm waren. Während ihrer Promotion Am Mittelmeerinstitut für Meereskunde entdeckte Martini eine neue Form von Biolumineszenzbakterien, die sie mit ANTARES fast ununterbrochen in der Tiefe beobachtet hat. In ihrer jüngsten Veröffentlichung im November beschrieb Martini die Biolumineszenz-Aktivität dieser Bakterien für ein aufeinanderfolgendes Jahr unter Verwendung von ANTARES-Daten. Sie fand heraus, dass die Bakterien auch unter stabilen Bedingungen Licht emittierten und dass biolumineszierende Bakterien insgesamt aktiver als Bakterien waren - ein Hinweis darauf, dass Lichtemission einen ökologischen Vorteil bringt.

"Ich finde es interessant, weil wir etwas entdeckt haben, nach dem niemand gesucht hätte", sagte Martini. "Die ökologische Rolle der Biolumineszenz ist für viele Makroorganismen gut beschrieben, aber für Bakterien wissen wir immer noch nicht wirklich, warum sie Licht emittieren." Eine Theorie besagt, dass das Bakterium leuchten würde, wenn viele von ihnen an Nahrungspartikeln anhaften hofft, ein größeres, hungriges Tier wie einen Fisch anzulocken. Für ein Bakterium ist es eine gute Sache, gegessen zu werden, da eine spätere Ausscheidung dazu beitragen kann, dass es sich in einer neuen Umgebung ausbreitet.

Der nächste Schritt für ANTARES ist ein großer Schritt: Die Zusammenarbeit baut ein neues Observatorium namens KM3NeT. Das neue Observatorium wird 50 Mal größer als ANTARES sein und sich an drei Standorten in Frankreich, Sizilien und Griechenland befinden. ANTARES konnte in den zehn Jahren seines Bestehens keine kosmischen Neutrinos nachweisen. Mit dem neuen Observatorium hoffen die Mitarbeiter, das Rätsel um die Entstehung der Partikel endgültig zu lösen und mehr über ihre grundlegenden Eigenschaften zu erfahren.

Darüber hinaus war die maritime und erdwissenschaftliche Gemeinschaft von Anfang an an der Entwicklung von KM3NeT beteiligt. Die neuen Stationen werden noch mehr Sensoren aufnehmen, darunter eine Kamera zur Erfassung von Leben, Radioaktivitätsdetektoren und ein fernbedientes Fahrzeug, das Coyle, der als Sprecher des neuen Observatoriums fungiert, im Vergleich zum Disney-Roboter Wall-E- das wird in der Lage sein, den Meeresboden zu erkunden und zu filmen, was er findet.

"Das Potenzial interdisziplinärer, synergetischer Wissenschaft mit kabelgebundenen Tiefsee-Observatorien ist enorm", sagte Coyle. "ANTARES ist der Wegbereiter, und ich bin sicher, dass viele Überraschungen in dieser Hinsicht bevorstehen."

Da die Ozeane große Mengen an Wärme absorbieren und Kohlendioxid versäuern, scheinen die Veränderungen fast sicher. Aber wenn diese Beobachtungsgremien ständig überwacht werden, so Coyle, „die Wächter des Abgrunds“, werden sie möglicherweise nicht so sehr überrascht sein.