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Das US-Raumschiff Endeavour hat auf ihrer letzten Mission STS-134 am 26. Mai 2011 den über 2 Milliarden US-Dollar teuren Detektor von Primärteilchen der Kosmischen Strahlung mit an Bord. AMS-02, das Alpha Magnetic Spectrometer-2, wurde mit den Roboterarmen des Shuttles sowie dem Canadarm auf dem Gerüst der ISS installiert. Es wird für die restliche Lebensdauer der ISS – also bis mindestens 2020 /2024 – eine enorme Datenmenge liefern. Ob sich der Aufwand überhaupt lohnen wird, darüber wurde im Vorfeld intensiv gestritten.
Der Bau des AMS-02 erfolgte ohne die sonst übliche Prüfung und Begutachtung, wie sie für Experimente für die Raumstation ISS erforderlich sind. Dies war nur möglich dank der Rückendeckung des damaligen NASA-Chefs Daniel Goldin, welcher der Überzeugungskraft des AMS-Initiators und Physiknobelpreisträgers Samuel Ting sowie dem nationalpolitischen Kalkül folgten. Allerdings lag das Projekt auch schon mal auf der Abschussliste oder hatte schlicht keine passende Mitfluggelegenheit mehr auf einem Shuttle. Letzteres fusste auf dem Beschluss zum Ende des gesamten Shuttle Programmes. Somit musste sich die NASA beeilen und wies den Wissenschaftlern diesen letztmöglichen Slot zu. The Fight fort he Flight war gewonnen. Von den direkten Baukosten übernahmen die Amerikaner nur 135 Mio. wogegen 15 andere Nationen in einem Konsortium bestehend aus 56 Forschungsinstituten, den Rest finanzierten. Der Vorgänger des Instruments, Prototyp AMS-1, weilte 1998 für zehn Tage im All, um dessen umstrittenen wissenschaftlichen Nutzen demonstrieren zu können.
Die Internationale Raumstation ISS ist der ideale Host für diesen gewaltigen Detektor mit einem Gewicht von 8,5 Tonnen und einem Volumen von 64 Kubikmeter. Das gesamte Instrument wurde im CERN unter der Ägide des damaligen Generaldirektors Rolf-Dieter Heuer zusammengebaut. Er benötigt 2,5 kW Strom und liefert dafür einen Datenstrom von 7 Gb/s, welcher auf gute 2 Mb/s komprimiert und zur NASA in Houston /Texas gefunkt wird. Die Relais-Bodenstation POCC (AMS Payload Operations Control Center) leitet die empfangenen Daten direkt ans CERN zur Analyse weiter. Kernkomponente des Detektors ist ein 1,1 x 0,8 m grosser und 1,2 Tonnen schwerer Permanentmagnet. Dieses stammt noch aus dem ersten Prototyp. Ursprünglich wollte man einen stärkeren supraleitenden Magneten verwenden, dem jedoch nach wenigen Jahren das Kühlmittel Helium ausgegangen wäre. Die jetzige Version weist gegenüber der Supraleiter Variante ein um 30% geringeres Magnetfeld auf. Die dadurch verschlechterte Datenqualität sollte nach Meinung Tings’ durch die ca. 6-mal längere Laufzeit mehr als kompensiert werden.
Die Hauptaufgabe des Magneten besteht darin, die Bahn geladener kosmischer Teilchen zu krümmen, welche in den AMS eindringen. Damit können die acht verschiedenen Systeme des Detektors etwas über die Teilchen im Inneren des Detektors herausfinden. Nach aussen hin ist das Instrument magnetisch völlig abgeschirmt. Währen der Messungen wird die Ausrichtung des Instruments penibel durch optische Kameras überprüft, sodass die gesammelten Daten genau ihrem kosmischen Ursprung zugeordnet werden können. AMS-02 untersucht den Fluss kosmischer Strahlungsteilchen von Protonen bis Elektronen in einem Energiespektrum von 100MeV bis 2 TeV und mit einer Genauigkeit von 1%. Durch die lange Laufzeit (2011 bis mind. 2020) dürften sich auch Veränderungen im Magnetfeld welche durch den Sonnenzyklus hervorgerufen werden, gemessen werden.
Das fundamentale Interesse der Mission gilt dem Aufspüren von Dunkler Materie, Antimaterie und ‘fehlender’ Materie. Bereits die Detektion eines einzigen Anti-Heliumkerns würde beweisen, dass im Kosmos davon noch viel mehr vorhanden ist. Ursprünglich stand das ‘A’ im AMS für ‘Antimatter, also auch für Anti-Kohlenstoff. Ting ist mit seinem Instrument also auf der Suche nach bestimmten Teilchen wie Positronen oder Zerfallsprodukte von Dunkler Materie aus, bspw. den Neutralinos. Das AMS-Projekt arbeitet denn auch eng mit dem CERN zusammen, welches diese Teilchen durch ihren LHC (Large Hadron Collider) künstlich erzeugen will. Nur im Unterschied dazu muss das AMS-02 diese Teilchen nicht erst künstlich und mit viel Aufwand an Ressourcen selbst Erzeugen, sondern kann sich ausschliesslich auf das Messen konzentrieren. Auch will man nach Strangelets Ausschau halten, den hypothetischen Partikeln welche aus den drei Quarks Up, Down und Strange bestehen. Dies wäre eine vollständig neue Art von Materie, welche vielleicht in Supernovae entstehen könnte.
© NASA, ESA, CERN, Public
