Effekte kosmischer Strahlung auf das Klima sollen gemessen werden
Im Rahmen des Siebten Rahmenprogramms der EU erhält ein Experiment zur Untersuchung der Wirkungen kosmischer Strahlung auf das Erdklima in den nächsten drei Jahren Finanzhilfen von 2,3 Millionen Euro. Die Kooperation, das Doktorandennetzwerk CLOUD-ITN (Cosmic rays leaving outdoor droplets - Initial Training Network), wurde diesen August gestartet und wird von der deutschen Goethe-Universität Frankfurt am Main koordiniert. Das Netzwerk fördert acht Doktoranden und zwei Postdoktoranden an neun Partnerorganisationen in Europa; die Arbeiten werden zum größten Teil am Europäischen Zentrum für Kernforschung (CERN) durchgeführt. Die seit 1900 beobachtete Klimaerwärmung wird größtenteils Treibhausgasen in der Atmosphäre zugeschrieben, die aus menschlichen Aktivitäten stammen. Die Wirkung durch Unterschiede der solaren Strahlungsdichte auf den Klimawandel wird als relativ gering eingeschätzt. Allerdings wurden die Veränderungen bei der UV-Strahlung (ultraviolett) oder bei der galaktischen kosmischen Höhenstrahlung bisher noch nicht quantifiziert. In Experimenten am CERN, das sich an der französisch-schweizerischen Grenze befindet, soll versucht werden, die Wechselbeziehungen zwischen kosmischer Strahlung, UV-Strahlung, Aerosolen und Wolken zu messen. Damit soll unser Verständnis eines sogenannten "solaren, indirekten" Beitrags zum Klimawandel erweitert werden. Die Wolkenbildung ist eine der größten Unbekannten in der Gleichung zum Klimawandel. Aber wie läuft diese ab? Wenn hochenergetische galaktische kosmische Strahlen (erzeugt von Supernova-Explosionen) in die Erdatmosphäre eindringen, lösen sie gewissermaßen im Vorbeifliegen Elektronen aus den atmosphärischen Gasen, sodass sie eine Spur geladener Moleküle (Ionen) hinterlassen. Daraufhin können sich neue Aerosolpartikel bilden und um diese Ionen herum wachsen; Wassertröpfchen benutzen diese Partikel als "Kondensationskeime", um eine Wolke zu bilden. Die CLOUD-Kooperation hat eine Aerosol-Kammer entwickelt, die bei Bestrahlung mit einem Teilchenstrahl die Effekte kosmischer Höhenstrahlung auf Aerosol- und Wolkenbildung simulieren kann. Der erste Prototyp wurde im Jahr 2006 entwickelt. Die neue, verbesserte Kammer wird benutzt, um Experimente zur ioneninduzierten Kernbildung und zur Ionen-Aerosol-Interaktion durchzuführen. Dies wird zu einem größeren Verständnis der Mechanismen der Wolkenbildung führen. Die Wolkenkammer ist eine Edelstahlkonstruktion mit fast vier Metern Höhe und einem Durchmesser von drei Metern und ist mit allen in einer Wolke vermuteten Komponenten gefüllt (Luft, Wasserdampf, Spurenmengen von Gasen). Diese werden ständig mit unzähligen Messinstrumenten analysiert. Eines der Instrumente ist ein chemisches Ionenmasse-Spektrometer, der Schwefelsäurekonzentrationen von weniger als 0,1 Teilchen pro Billionen messen kann; CLOUD ist eine von nur drei Gruppen auf der Welt, die mit einem solchen Instrument arbeiten. Die galaktische kosmische Höhenstrahlung wird mit einem Proton-Synchrotron-Beschleuniger simuliert. Mit dem aktuellen Prototyp (mit dem Namen Mk2) wird in den nächsten Jahren eine große Reihe wichtiger physikalischer Experimente durchgeführt werden, bevor er durch eine endgültige CLOUD-Einrichtung ersetzt wird, die Leistungsverbesserungen und eine neu entwickelte Aerosoldruckkammer erhalten wird. Das CLOUD-ITN-Projekt bietet acht Doktoranden Unterstützung bei der Ausführung ihrer Arbeit und beim Verfassen ihrer Doktorarbeit zu dieser Forschung. Ein umfassendes Ausbildungsprogramm für die Doktoranden und Postdoktoranden wurde eingerichtet. Es umfasst jährliche Sommerkurse und Workshops zu Themen wie Chemie und Physik von Aerosolen, ioneninduzierte Kernbildung von Aerosolen und zum Einfluss galaktischer kosmischer Höhenstrahlung auf das Klima in der Vergangenheit. Der erste Sommerkurs fand in diesem August an der Hyytiälä Forestry Field Station in Finnland statt. Alle Analyseinstrumente werden von den Partnerorganisationen bereitgestellt und von nationalen Finanzierungsstellen gefördert. Zu den Projektteilnehmern gehören das CERN, das Paul Scherrer Institut - PSI (Schweiz), die Universitäten Helsinki (Finnland), Leeds und Reading (Vereinigtes Königreich) sowie Wien (Österreich), das Institut für Troposphärenforschung in Leipzig (Deutschland) sowie Ionicon Analytik aus Innsbruck (Österreich). Die Universität Lissabon in Portugal und das Institut für Nuklearforschung und Kernenergie in Sofia, Bulgarien, haben sich kürzlich der Zusammenarbeit angeschlossen. Das russische Lebedew-Institut für Physik erhält für die Unterstützung der CLOUD-Aktivitäten ebenfalls Fördermittel von der Russischen Stiftung für Grundlagenforschung (RFBR) im Rahmen des CERN-RFBR-Abkommens über eine wissenschaftliche Zusammenarbeit. Die Konstrukteure des CLOUD Mk2 kommen vom PSI, vom CERN und von der Universität Lissabon. Die Konstruktionskosten für diese Einrichtung werden aus einem gemeinsamen Fonds der Partnerorganisationen und von Sachleistungen getragen.