Der kälteste Ort der Welt ist eine Wüste. Ein eisiger, weißer Berggipfel namens Dome A oder Dome Argus, der zufällig auch der höchste Punkt in der Antarktis und möglicherweise der beste Ort auf der Erde ist, um einen Rückblick auf die Entstehung des Universums zu werfen.
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Wenn Sie auf Kuppel A stehen würden, würden die 1, 8 Meilen Eis zwischen den Sohlen Ihrer gefrorenen Schuhe und den Gipfeln der unterirdischen Berge der Vorstellung zu widersprechen scheinen, dass es sich bei dem Ort um eine Wüste handelt. Aber das meiste dieses Eises ist über eine Million Jahre alt. Über Ihnen würde sich eine breite blaue Himmelsscheibe befinden, die normalerweise nicht von Wolken unterbrochen wird. Kuppel A erhält weniger als einen Zoll Niederschlag in einem typischen Jahr. Das ist weniger Niederschlag als im Death Valley.
Die Tatsache, dass Dome A so trocken und hoch ist, macht den Gipfel auch für Astronomen zu einem der interessantesten Orte der Welt. In einem kürzlich in der Online-Zeitschrift Nature Astronomy veröffentlichten Brief schreibt Qizhou Zhang, Astrophysiker am Harvard-Smithsonian-Zentrum für Astrophysik, dass Dome A der perfekte Ort wäre, um ein neues Radioteleskop aufzustellen - eines, das in einem wenig studierten Betrieb ist Terahertz-Frequenzbereich.
Terahertz-Strahlung ist eine Bande im elektromagnetischen Spektrum, die zwischen Mikrowellen und Infrarot eingeklemmt wird. Obwohl es im Universum reichlich vorhanden ist, macht es die Undurchsichtigkeit unserer Atmosphäre schwierig, von der Erde aus zu studieren. Wasserdampf in der Atmosphäre verbirgt und verzerrt typischerweise den Empfang von Licht und Radiowellen, die von entfernten Teilen des Universums, einschließlich des Terahertz-Frequenzbereichs, auf die Erde gelangen.
"Der Wasserdampf [in den meisten Teilen der Erdatmosphäre] ist für diese Wellenlängen eine große Unannehmlichkeit", sagt Zhang. „Die Atmosphäre ist ziemlich undurchsichtig. Wir müssen also einen Ort mit minimalem Wasserdampf in der Luft finden. “
"Dome A ist sehr hoch", sagt er. "Es ist wahrscheinlich der trockenste Ort auf dem Boden, den wir kennen."
Der Ort ist so trocken, dass, wenn der gesamte Wasserdampf in einer schmalen Säule, die sich direkt vom Boden bis zum Rand des Weltraums erstreckt, kondensiert würde, den Forschern zufolge ein Film von weniger als 1 / 250stel Zoll oder doppelt so breit wie ein menschliches Haar und ungefähr zehnmal weniger als der Wasserdampf in Hawaiis Mauna Kea Observatories, einem der weltweit besten astronomischen Beobachtungsorte.
Der eisige, weiße Berggipfel mit dem Namen Dome A oder Dome Argus ist der höchste Punkt in der Antarktis und möglicherweise der beste Ort auf der Erde, um einen Blick zurück in die Zeit zu werfen, wie sich das Universum gebildet hat. (Plato Team / AAD) An der Spitze von Dome A befinden sich einige Antennenmasten, kleine Schiffscontainer, wissenschaftliche Geräte und viele Fußabdrücke, die Jahre benötigen, bis sich Schnee und schwacher Wind abdecken. Keine Leute. Dome A ist eine unbemannte Station. Es wird nur ein paar Mal im Jahr von Wartungsteams besucht, die in speziell ausgestatteten Traktoren 750 Meilen von der Küste entfernt fahren. Die Reise dauert ungefähr drei Wochen. Besatzungsmitglieder schlafen in der Kabine.
Weitere Observatorien und Wetterstationen auf Dome A werden von der australischen und chinesischen Regierung betrieben. Ein Terahertz-Observatorium, das ein Fünf-Meter-Teleskop verwendet, würde sich jedoch von anderen Geräten auf Dome A unterscheiden, da es Wissenschaftlern ermöglichen würde, die Einzelheiten der Bildung wichtiger Teile des Universums zu untersuchen.
"In einem sehr frühen Stadium sind diese Wolken [des Gases im Weltraum] sehr dicht und kalt", sagt er. „Wenn Sie ein sehr kaltes Universum untersuchen, erreicht die Strahlung des schwarzen Körpers einen Spitzenwert in der Nähe des Frequenzbereichs, in dem dieses Teleskop arbeitet. Es ist gut für die Ursprungswissenschaft: Sterne, Planeten und Galaxien. “
Die Terahertz-Strahlung, die von fernen Galaxien auf die Erde gelangt, hat Millionen und sogar Milliarden von Jahren gebraucht, um uns zu erreichen. Wenn die Astronomen dies beobachten, blicken sie auf Ereignisse zurück, die vor der Existenz von Dome A stattfanden und bevor die Antarktis eine gefrorene, polare Einöde war, die fast so trostlos war wie die anderen Planeten in unserem Sonnensystem.
Um ein Terahertz-Observatorium für Dome A richtig zu entwerfen und zu bauen, musste das Forschungsteam genau herausfinden, wie viel Wasserdampf sich zwischen der Oberfläche von Dome A und dem Rand des Weltraums befindet. Und es stellte sich heraus, dass die vorhandene Wissenschaft, die die Spektralanalyse von Wasser in der Atmosphäre durchführt, etwas mangelhaft war.
"Das Problem dabei ist, dass die Spektroskopie von Wasser im fernen Infrarot nicht gut kalibriert ist", sagt Scott Paine, Astrophysiker am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics und Verfasser des Schreibens. „Wir brauchten also ein Instrument, das das reine Rotationsband von Wasserdampf messen kann. . . . Wo dies auf multidisziplinäre Weise interessant wurde, helfen Ihnen dieselben Dinge, die wir sehen müssen, um herauszufinden, ob es sich um eine gute Beobachtungsstelle handelt, auch dabei, unser Wissen über die spektrale Absorption von Wasserdampf zu verbessern. “
Zhang, Paine und ihre chinesischen, japanischen, amerikanischen und australischen Mitarbeiter, angeführt vom leitenden Ermittler Sheng-Cai Shi, stellten fest, dass ihre Daten auch als Teil der Klimaforschung nützlich sind, die Klimatologen dabei unterstützen kann, die Dynamik der globalen Erwärmung zu verstehen.
"Die Luftsäule, die Sie betrachten, gibt Ihnen ein natürliches Labor, um zu verstehen, was in der oberen Troposphäre auf dem ganzen Planeten vor sich geht", sagt Paine. „Der entscheidende Punkt ist, dass Astronomen am Boden versuchen, nach draußen zu schauen, und die Sicht meistens durch Wasserdampf versperrt ist. Und der Treibhauseffekt wird hauptsächlich durch Wasserdampf verursacht. “
Es war keine leichte Aufgabe, von Dome A aus 19 Monate lang kontinuierliche Spektralbeobachtungen durchzuführen. Dieselgeneratoren sind notorisch krumme Sachen, um unter den besten Umständen langfristig zu arbeiten. Um den Betrieb der Station ohne Menschen zu gewährleisten und regelmäßige Wartungsarbeiten durchzuführen, tauschten die Generatoren automatisch ihre Dienste aus und ließen regelmäßige Pausen zu. Wenn ein Generator ausfiel, hatten die anderen genug Kapazität, um das auszugleichen. Solarmodule können einen Großteil des Jahres mit Strom versorgen, sind jedoch in den Monaten, in denen die Polarregion kein Sonnenlicht empfängt, keine große Hilfe.
Der nächste Schritt wird der Bau und die Installation des Terahertz-Observatoriums sein. Die chinesische Regierung hat den größten Teil der Ausgaben für die bisherige Forschung bezahlt, zusätzliche Finanzmittel wurden jedoch noch nicht bereitgestellt. "Sie haben noch nicht das letzte grüne Licht für den Bau", sagt Paine.
