NASA plant im Dezember 2025 Ballonstarts in der Antarktis für PUEO und GAPS

Die wissenschaftliche Forschungsreihe der NASA mit Langzeit-Ballonstarts kehrt Anfang Dezember 2025 in die Antarktis zurück. Die Startoperationen werden von einem Areal nahe der McMurdo-Station durchgeführt. Diese Station wird vom National Science Foundation (NSF) der USA auf dem Ross-Schelfeis betrieben. Diese bevorstehende Kampagne unterstützt zwei zentrale Missionen: den „Payload for Ultrahigh Energy Observations“ (PUEO) und das „Gamma-ray and Antiproton Spectrometer“ (GAPS). Beide Experimente zielen darauf ab, tiefgreifende Rätsel der Astrophysik und Kosmologie zu beleuchten.

Die PUEO-Mission, das erste Projekt unter dem Dach des NASA-Programms „Pioneers of Astrophysics“, ist darauf ausgelegt, Signale von Neutrinos mit extrem hoher Energie zu detektieren, die von weit entfernten kosmischen Ereignissen stammen. Das Instrument nutzt den riesigen antarktischen Eisschild als gigantischen Detektor. Es sucht nach Radiosignalen, die entstehen, wenn diese Neutrinos mit dem dichten Eis kollidieren. Die leitende Forscherin von PUEO ist Dr. Abigail Vieregg von der University of Chicago. Die Mission soll eine weltweit führende Empfindlichkeit bei der Neutrinodetektion erreichen und dabei die Reichweite des Vorgängerprogramms ANITA um eine Größenordnung bei 10 EeV übertreffen.

Das GAPS-Experiment verfolgt das Ziel, die Natur der Dunklen Materie zu ergründen – jener unsichtbaren Materieform, die über 80 Prozent der gesamten Materie im Universum ausmacht. Das Gerät ist darauf optimiert, den Fluss von niederenergetischen kosmischen Antinukleonen, insbesondere Antideuteronen, präzise zu messen. Solche Teilchen könnten ein entscheidender Hinweis auf den Zerfall der Dunklen Materie sein. Die Entdeckung selbst eines einzigen Antideuterons in diesem Energiebereich könnte einen bahnbrechenden Beweis für neue Physik liefern, da der erwartete astrophysikalische Hintergrund für diese Teilchen bei niedrigen Energien deutlich unter dem möglichen Signal der Dunklen Materie liegt.

Um diese ausgedehnten Flugzeiten zu gewährleisten, setzen beide Missionen auf sogenannte „Zero-Pressure Balloons“ (Ballons ohne Überdruck). Diese bleiben im Gleichgewicht mit der umgebenden Atmosphäre und geben bei zunehmender Höhe Gas ab. Diese Bauweise, kombiniert mit den polaren Zirkulationsmustern und dem kontinuierlichen Sonnenlicht während des antarktischen Sommers, macht diese Plattformen zu verlässlichen Trägern für Langzeitmissionen. Die Steuerung des gesamten wissenschaftlichen Ballonprogramms der NASA obliegt dem Wallops Flight Facility. Die Firma Peraton übernimmt die Planung der Missionen sowie die Feldoperationen vor Ort. Die eigentliche Herstellung der Ballons für diese Vorhaben wird von Aerostar verantwortet.

GAPS hat bereits wichtige Vorarbeiten geleistet, darunter Bodentests am KEK-Beschleuniger in den Jahren 2004 und 2005 sowie einen erfolgreichen Flugtest eines Prototyps (pGAPS) im Juni 2012. Der Erfolg der kommenden Kampagne ist stark von der engen Kooperation mit dem NSF, der neuseeländischen Regierung und der US Air Force abhängig. Im Rahmen dieser Kampagne sind auch Testflüge zur Technologieüberprüfung vorgesehen, wie beispielsweise der Salter Test Flight Universal. Diese wissenschaftlichen Unternehmungen versprechen die Sammlung kritischer Daten, die unser Verständnis der fundamentalen Struktur des Kosmos maßgeblich verändern könnten.