Pressinformation Datum: 19 juni 2012 Kontakt: Johan Marcopoulos Tel: 08 627 64 88 Sveriges största ballongburna forskningsprojekt PoGOLite studerar kosmisk röntgenstrålning Den 1 juli 2012 är första möjliga datum för att släppa en gigantisk ballong med ett svensklett forskningsuppdrag från rymdbasen Esrange utanför Kiruna. Ballongen är så stor att Globen i Stockholm verkar liten volymen är den dubbla. På sin resa tar ballongen med sig forskningsinstrument för att samla fakta kring några av rymdens mest spännande objekt; neutronstjärnorna och den strålning de avger. Vi vet inte exakt vad vi kan förvänta oss, eftersom ingen har gjort den här typen av mätningar tidigare, säger Mark Pearce, professor i astropartikelfysik vid KTH i Stockholm och projektledare för PoGOLite (Polarised Gamma-ray Observer). Det här blir andra försöket för PoGOLite att lämnat rymdbasen Esrange. Det första försöket skedde i juni 2011 men avbröts på grund av skador på ballongen som förhindrad den att nå avsedd höjd, 40 km. Första möjliga uppsändningsdatum för det nya försöket är den första juli. Efter start seglar ballongen med teleskopet i västlig riktning med den så kallade polära virveln (polar vortex). För experimentets skull är det viktigt med en så lång flygtur som möjligt. Ju längre tid vi har möjlighet att observera, desto större är chansen att vi kan hitta mönster i den kosmiska strålning som neutronstjärnorna avger. Något som vi hittills inte har full förståelse för, det gäller särskilt polarisationen, säger projektledaren Mark Pearce. Elektromagnetiska vågor, till exempel vanligt ljus, kan svänga i olika riktningar. Om strålningen huvudsakligen svänger i en bestämd riktning, klassas den som polariserad. Ballongen medför instrument som kan mäta polarisationen hos den osynliga kosmiska röntgenstrålning som kommer från rymdens mest högenergetiska objekt, neutronstjärnorna. Neutronstjärnor uppstår ur kollapsade stjärnor och har ofattbar stark gravitation två hundra miljarder gånger starkare än på jorden. En genomsnittlig neutronstjärna har en diameter på endast 20 kilometer, ungefär lika mycket som en medelstor svensk stad, men den har samma massa som solen. De är så tätt sammanpackade att en tesked av en neutronstjärna skulle väga en miljard ton
på jorden. Skulle ett föremål släppas från en meters höjd skulle sluthastigheten när föremålet kraschade på ytan vara över sju miljoner kilometer i timmen. Rotationshastighet på en neutronstjärna kan vara flera hundra varv i sekunden. Tack vare ballongen kan vi med våra specialbyggda instrument studera en extrem miljö och dess egenskaper, en miljö som inte går att skapa på jorden. Det är dessa egenskaper vi ska försöka kartlägga, säger Mark Pearce. Neutronstjärnor sänder ut osynligt ljus. Vissa sänder ut strålningen i omgångar, pulser, och kallas pulsarer. De ger ifrån sig både gamma- och röntgenstrålar samt radiovågor. Det är särskilt röntgenstrålningen som Mark Pearce är nyfiken på. Det främsta studieobjektet för PoGOLite är den så kallade Krabbnebulosan, rester av en stjärna som exploderade år 1054 i vår galax, består av en neutronstjärna, en pulsar, som sänder ut den starkaste röntgenstrålningen i rymden nära oss. Resultaten kan ge ytterligare några pusselbitar till hur vårt gåtfulla universum fungerar. Här på jorden filtrerar atmosfären bort nästan all kosmisk strålning, så för att kunna mäta den behöver vi komma upp på en nivå där luften tar slut. Fyra mil upp i atmosfären är lufttrycket bara två millibar, nere på jordytan ligger det runt tusen millibar. PoGOLite, The Polarised Gamma-ray Obeserver, är ett slags teleskop som fångar upp osynlig kosmisk strålning. Teleskopet innehåller ett plastliknande material som när det träffas av fotoner, avger ett svagt blått ljus. Det blåaktiga ljuset registreras av känsliga fotondetektorer som förvandlar det till elektriska signaler och sparas till tre minnesenheter på sammanlagt 15 hårddiskar, SSD, som är med på resan, säger Mark Pearce. På så sätt kommer PoGOLite att kunna dokumentera polarisationen hos kosmisk röntgenstrålning i ett energiintervall på 25 100 kev. Instrumentet är upphängt i ett avancerat styrsystem, utvecklat av DST CONTROL i Linköping, som automatiskt justerar teleskopets riktning mot studieobjektet, oavsett ballongens läge och rotation. Från markkontrollen på Esrange kan forskargruppen, via radiolänk, koppla upp sig till PoGOLite för att övervaka och vid behov justera teleskopet. Idén till PoGOLite väcktes 2004 och har utvecklats till ett internationellt projekt tillsammans med kolleger i Japan, USA och Ryssland. Projektet finansieras i huvudsak av Rymdstyrelsen och anslag från Wallenbergstiftelsen samt Vetenskapsrådet. Totalbudgeten för projektet är ca 50 miljoner kronor. Ballongen som lyfter PoGOLite Materialet i ballongen som lyfter gammaobservatoriet PoGOLite är inte tjockare än en vanlig fryspåse i plast. Det är också snarlikt; helt genomskinlig polyeten. Och mycket känsligt. En enda liten osynlig fettfläck på ballongen kan räcka för att den inte kan fullfölja sitt uppdrag. Väl uppe i stratosfären fryser fettet och orsakar hål i plasten, säger Mark Pearce.
Trots sin tunna struktur väger materialet i ballongen hela två ton. Den är tillverkad av amerikanska Aerostar och levereras i ett stort rör. Ballongen kan bara packas upp en enda gång. Är den väl framtagen måste den användas. Så det gäller att välja rätt dag, eftersom en sådan ballong kostar mellan 3-4 miljoner kronor, säger Mark Pearce. För att kunna lyfta fyra ton, det vill säga sin egen vikt plus nyttolasten på två ton, fylls ballongen med 6 500 kubikmeter helium. Gaskostnad: mellan 150 000-200 000 kronor. Helst ska det inte blåsa alls, max två-tre meter per sekund, mer är inte godtagbart eftersom det är väldiga krafter i rörelse när ballongen släpps. Ballongen blir till ett vindfång, en spinnaker av enorma mått, när den reser sig tre hundra meter upp i luften. Det räcker inte att bara ha koll på vindarna nere vid marken, det kan blåsa helt annorlunda i luftskikten högre upp. Mellan klockan fyra och fem på morgonen brukar det i regel vara som lugnast, och om det råder högtryck över Ryssland innebär det stabilt väder som gör det lättare att ställa rätt vindprognos. När ballongen släpps tar det bara två timmar att nå maxhöjden, 38 till 40 kilometer. Vid starten från marken är ballonghöljet inte utspänt, heliumgasen finns samlad i toppen av ballongen. På sin väg upp genom luftlagren spänns den ut i takt med att det omgivande lufttrycket blir allt lägre. Den passerar luftlager där temperaturen ligger mellan minus 50 och minus 70 grader, vilket ställer hårda krav på både ballong och instrument. Ballongen är en så kallad nolltrycksballong och i ballongens nederkant finns särskilda rör där överskottsgasen kan sippra ut, så att den inte sprängs. Uppe på maxhöjden, ca 40 kilometer, är luften i princip slut. Där kan inga flygplan flyga, där råder ett lufttryck på endast två millibar. När solens strålar värmer ballongen, expanderar gasen och sipprar då ut genom ventilhålen i nederkant. När solen försvinner krymper gasen och ballongen tappar i lyftkraft. På klassiskt manér släpper då ballongen ifrån sig lite medhavd ballast för att inte tappa höjd. Från Esrange kan ballongen fjärrstyras genom att skicka kommandon via satellittelefon. På så sätt kan ballast, järnpulver, lossas från specialbyggda rör i ballongkorgen. Det går även att släppa ut gas med hjälp av sådana kommandon om lyftkraften behöver sänkas. Ballongens instrument drivs av solpaneler och med hjälp av fjärrstyrning kan ballongteamet även påverka mätinstrumenten som finns i gondolen. Bland annat går teleskopet som mäter den kosmiska strålningen att rikta mot intressanta mål, oavsett hur ballongen snurrar och vrider sig. Vinden är konstant västlig under sommarhalvåret, polarvirvel, vilket får den tunna luften att röra sig cirkulärt runt Nordpolen. Vi kommer att släppa ballongen tidigast den 1 juli, för att vara säkra på att ha stabil vind genom hela resan. Ballongens färd följs med GPS. När tidpunkten för landning närmar sig kapas den vajer som håller nyttolasten. Det görs via en radiosignal från Esrange. Mätinstrumenten som samlat all data på de tre minnesenheterna (med 15 st SSD-diskar), seglar då till marken i en stor fallskärm (39 meter i diameter). Landningshastigheten är mellan 7-8 meter per sekund så nyttolasten tar mark
ganska bryskt. Trots att materialet är stötskyddat finns en uppenbar risk för att innehållet kan gå sönder vid nedslaget. Det är en risk vi räknat med, instrumenten har utfört sitt uppdrag. Det viktiga är att hårddiskarna med sitt unika forskningsinnehåll kommer ner välbehållna. När nyttolasten tar mark känner speciella sensorer av när den slår i backen. Automatiskt klipps då landningsfallskärmens fäste av, så att inte vinden kan ta tag i fallskärmen och börja släpa lasten efter sig. Landningsplatsen väljs med omsorg och personalen på Esrange har bra vindmodeller för hur det blåser i olika skeden under nedfärden. Därför går det att beräkna nedslagsplatsen med god precision. Det är inte bara nyttolasten som spåras med GPS. Både ballongen och fallskärmen är utrustade med GPS, för att det ska gå lätt att hitta dem. Inga delar lämnas kvar i naturen. Ballong eller satellit Att använda ballonger vid observationer av kosmos kan tyckas otidsenligt när det finns satelliter. Men i många fall har de klara fördelar gentemot satelliter. Förutom att de är tio-tjugo gånger billigare än satellitprojekt, tar de också betydligt kortare tid att färdigställa. Från idé till uppsändning tar det mellan 10-15 år innan en satellit kan skickas upp medan ett motsvarande ballongprojekt brukar gå mycket snabbare. När satelliten väl är uppe är det omöjligt att plocka hem den utrustning som finns ombord. Satelliten skickar ner sina mätvärden till jorden, men instrumenten åldras där uppe. Inte bara av den kosmiska strålningen, utan även av den tekniska utvecklingen. Med ballonger däremot, går det lätt att plocka hem instrument och utrustning, modifiera och uppdatera och sedan skicka upp en ny ballong. Vårt ballongprojekt PoGOLite Pathfinder kommer förhoppningsvis hem med ett intressant grundmaterial som vi kan analysera. Faller allt väl ut finns planer på att skicka upp ytterligare en ballong, utrustad med mer förfinad teknik. Bland annat ett känsligare teleskop som kan registrera ett ännu bredare spektrum av kosmisk, polariserad strålning, säger Mark Pearce, projektledare för PoGOLite. Färdväg Resan som PoGOLite Pathfinder ska göra går västerut. Från starten på Esrange utanför Kiruna beger sig ballongen ut över Norge, passerar förbi Island i isländskt luftrum, går in över Grönland, vidare in över norra Kanada. Den slutgiltiga nedslagsplatsen är ännu inte bestämd. Respektive lands rymdstyrelser har givit sitt tillstånd, och trots att ballongen befinner sig på sådan höjd att den aldrig stör flygtrafiken, finns en särskild länk på Internet där flygledare kan hitta information om var ballongen befinner sig.
Mer information om PoGOLite kan hämtas på: Rymdkanalen (Rymdstyrelsens webbplats där Mark Pearce bloggar) http://www.rymdkanalen.se/pa-gang PoGOLite (KTH webbsida) PoGOLite (SSC webbsida) www.twitter.com/markp8183 (Mark Pearce twittrar) För anmälan och mer information kontakta: Johan Marcopoulos, informationsansvarig Rymdstyrelsen. Telefon:08-627 64 88 Mobil: 070-640 648 8 E-post: johan.marcopoulos@snsb.se