WADIS CHAMPS

Elektronenverlust in der Mesosphäre

FWF Projekt 23100

Das Projekt finanzierte die Teilnahme an insgesamt vier Flügen an Board von Höhenforschungsraketen, die alle von der norwegischen Raketenbase Andøya Space Center erfolgten. Die Starts von jeweils zwei Flügen waren für zwei Kampagnen geplant, nämlich WADIS (neben Österreich mit Teilnehmern aus Deutschland und Schweden), sowie CHAMPS (USA). Die Meßflüge fanden zwischen Oktober 2011 und März 2015 statt.

 

Zusammenfassung

Freie Elektronen in der Ionosphäre entstehen durch verschiedenste Ionisationsprozesse durch solares UV und Röntgenstrahlen, kosmische Strahlen oder hochenergetische Partikel die aus dem Sonnenwind kommen. Die entgegengesetzte Reaktion, die den ionisierten Anteil der Atmosphäre begrenzt, ist entweder Rekombination wodurch wieder die ursprünglichen Moleküle entstehen, oder aber Anlagerung an neutrale Teilchen, inklusive Aerosole. Diese so entstandenen negativ geladenen Partikel können in einem weiteren Schritt mit positive Ionen rekombinieren, oder zu Entstehung von Spurengasen führen. Der Anlagerungsprozeß an die häufigsten Atmosphärenbestandteile sind von Laborversuchen recht gut bekannt, aber Beobachtungen der realen Atmosphäre zeigen, daß diese Anlagerung der freien Elektronen wesentlich mehr streut, als man es aufgrund möglicher Fehler der Labormessungen oder der Unsicherheit in der Annahme des atmosphärischen Hintergrundes erwarten könnte. Die plausibelste Erklärung für diese große Streuung ist, daß die Elektronen sich nicht nur an Moleküle, sondern - speziell in der Mesosphäre - auch an Aerosole anlagern können, deren Anzahl sehr variable und nicht, etwa durch Klimamodelle, vorhersagbar ist. Die meisten bisherigen Daten betrafen Messungen dieses so entstehenden Elektronenverlustes, die von Raketen in der Nacht erhalten wurden. Die vermutete Anlagerung an Meteorstaub wurde aber bei den bisherigen Messungen noch nicht durch gleichzeitige Messungen von Staubpartikeln verifiziert. Die vier Höhenforschungsraketen, die in drei Kampagnen gestartet wurden waren mit Meßgeräten ausgerüstet, um die Hypothesen des nächtlichen, zusätzlichen, Elektronenverlustes zu erklären. Zu den primären Forschungszielen zählt die Untersuchung der Dynamik und des Energiegleichgewichtes der Mesosphäre sowie die Verteilung und Art der meteorischen Staubteilchen. Die Teilnahme mit den österreichischen Geräten zur Messung von Plasmaparametern ist für alle von großem Nutzen, zum einen für die primären Zielsetzungen der beiden Nutzlasten, zum anderen aber auch für die bessere Information bezüglich atomaren Sauerstoff, solaren Lyman-α und Meteorstaub für ein besseres Verständnis über den extrem variablen Elektronenverlust zu erhalten.

Zwei der vier Höhenforschungsraketen wurden von Andøya, Norwegen (69°N) gestartet. Diese beiden NASA CHAMPS-Nutzlasten (41.094 und 41.093) wurden am 11. bzw. 13. Oktober gestartet, die erste bei Tag und die zweite bei Nacht. Alle an Bord befindlichen Geräte funktionierten einwandfrei und die ersten Ergebnisse wurden bereits beim Fall Meeting der American Geophysical Union im Dezember des selben Jahres in San Francisco vom Principal Investiagtor (Dr. S. Robertson) vorgetragen. Danach entstanden unter Verwendung dieser Daten bislang drei Veröffentlichungen in internationalen, peer-reviewed Journalen, sowie auch noch weitere in Conference Proceedings. In technischer Hinsicht ähnlich erfolgreich waren die Flüge der beiden WADIS Raketen. Der erste Flug am 27. Juni 2013 erfolgte bei Tageslicht, der zweite am 5. März 2015 bei Dunkelheit. Die Daten dieser beiden Flüge sind von den einzelnen Experimentatoren bereits ausgewertet, für die Verwendung mehrerer Daten für gemeinsame Veröffentlichungen ist ein Treffen für Ende Februar 2016 angesetzt.

Integration und Test der beiden CHAMPS Nutzlasten
Integration und Test der beiden CHAMPS Nutzlasten; © Martin Friedrich, TU Graz/IKS
Start der CHAMPS Rakete 41.094 am 11. Oktober 2011 von Andøya; © Kolbjørn Dahle, Andøya Space Center
Start der CHAMPS Rakete 41.094 am 11. Oktober 2011 von Andøya; © Kolbjørn Dahle, Andøya Space Center

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Martin Friedrich,

Ao.Univ.-Prof.i.R. Dipl.-Ing. Dr.techn.

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