Für die Rekonstruktion und Simulation von ausgedehnten Luftschauer ist es notwendig, die
atmosphärischen Bedingungen am Ort des Experimentes zu kennen. Deshalb wurden mehrere Systeme
zur Überwachung der Atmoshäre auf dem Gebiet des Auger-Süd-Detektors installiert.
Die Eigenschaften der Atmosphäre werden mittels der folgenden Zustands-Variablen in
Abhängigkeit von der Höhe beschrieben:
- Temperatur [K]
- Druck [hPa]
- Dichte [kg/m³]
- Atmosphärische Tiefe [g/cm²]
- relative Luftfeuchte [%]
- Windgeschwindigkeit [m/s]
- Windrichtung [°]
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Messtechnik
Um die Variablen in Abhängigkeit von der Höhe zu messen, die die molekularen Eigenschaften der Atmosphäre
beschreiben, führt die Karlsruher Auger Gruppe meteorologische
Radiosondierungen durch. Die atmosphärischen
Profile werden dabei typischerweise vom Auger-Niveau (rund 1450 m üNN) bis zu 25 km üNN aufgenommen. Zudem
zeichnen Boden-Wetterstationen die gleichen
Variablen in 5 Min. Intervallen auf. Zwischen März 2009 und Ende 2010 haben wir mit dem sog.
Balloon-the-Shower Programm am Rapid Atmospheric Monitoring Programme des Pierre Auger
Observatoriums teilgenommen. Hierbei werden alle eingehenden Luftschauer-Ereignisse, die mit den
Fluoreszenzdetektoren aufgezeichnet werden, sofort rekonstruiert. Eine Analyse dieser Daten innerhalb von
10 min. nach dem Luftschauer-Ereignis selektiert besonders hochenergetische und gut detektierte
Ereignisse und triggert dann einen Aufstieg eines Wetterballons.
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Datenbank und ASCII Tabellen
Die Daten werden in einer Datenbank für die molekulare Atmosphäre abgespeichert
und der Auger-Kollaboration für Rekonstruktionen und Simulationen zur Vergügung gestellt.
Es handelt sich dabei um eine MySQL Datenbank.
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Atmosphäre - Daten und Modelle
Die atmoshärischen Bedingungen in Abhängigkeit von der Höhe haben große zeitliche Fluktuationen. Daher können
zusätzlich zu den tatsächlichen Messungen auch Modelle sinnvoll sein.
Innerhalb der Auger-Kollaboration wurden Modelle mit verschiedenen zeitlichen und rämlichen Gültigkeiten
entwickelt. Anfang 2009 wurden sehr genaue Monatsmodelle fü das Gebiet des Auger Observatoriums in
der Pampa Amarilla, Argentinien, abgeleitet. Aufgrund unserer Erfahrungen mit dem Balloon-the-Shower Programm konnten wir
lokale Radio-Sondierungen mit Daten vom GDAS - Global Data Assimilation System
ersetzen.
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Einfluss auf kosmische Strahlung
Die Atmosphäre beeinflusst die Entwicklung und Beobachtung der Ultra Hoch-Energetischen Kosmischen
Strahlung (UHECR) in verschiedenen Stadien. Die physikalischen Auswirkungen der atmosphärischen
Variabilität werden in diversen Publikationen diskutiert.
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Die Messung ausgedehnten Luftschauer kann durch den Nachweis von
Fluoreszenz-Emission erfolgen. Die Elektronen und Positronen der ausgedehnten
Luftschauer regen die Stickstoff-Moleküle der Atmosphäre an und
die Abregung verläuft teilweise über die Emission von Fluoreszenzlicht,
hauptsächlich im Wellenlängenbereich von ungefähr 280 - 420 nm.
Zur korrekten Beschreibung der Fluoreszenz-Emission in der
Luftschauer-Rekonstruktion bedarf es der Implementierung der atmosphärischen
Abhängigkeiten. Hierbei sind Temperatur-, Druck- und Luftfeuchte-Effekte, insbesondere
bei den Abregungsprozessen der Stickstoff-Moleküle, Gegenstand aktueller
Forschung.
Die Arbeiten auf diesem Gebiet werden seit einigen Jahren auf regelmässig
stattfindenden Workshops diskutiert:
FIWAF 02 -
Utah, USA, 2002
Air Light 03 - Bad
Liebenzell, Deutschland, 2003
IWFM 05 -
Habere-Poche, Frankreich, 2005
4th air
fluorescence workshop - Prague-Pruhonice, Tschechien, 2006
5th Fluorescence
Workshop - El Escorial-Madrid, Spanien, 2007
6th Air Fluorescence Workshop
- L'Aquila, Italien, 2009
7th Air Fluorescence Workshop
- Coimbra, Portugal, 2010
8th Air Fluorescence Workshop
- Karlsruhe, Deutschland, Sept. 2011
Derzeit erarbeitet eine internationale Arbeitsgruppe eine
Beschreibung der Stickstoff-Fluoreszenz in Luft, die in möglichst
allen Experimenten zur Untersuchung der kosmischen Strahlung Anwendung
finden soll. Diese Arbeitsgruppe wurde auf dem 8th Air Fluorescence Workshop
gegründet und stellte ihre ersten Ergebnisse auf dem
International Symposium on Future Directions in UHECR Physics 2012 vor.