Dags för hemfärd
Under gårdagen anlände vi till Punta Arenas – en hamnstad med dryga 100 000 invånare omgivna av ett ganska kärvt klimat. Många av oss gick i land och såg oss runt i staden bland alla herrelösa hundar. Det kändes lite speciellt att för första gången på mer än en månad ha fast mark under fötterna. Natten mot lördag inleds min hemfärd på den lokala flygplatsen. Efter korta stopp i Santiago, Sao Paulo och Frankfurt anländer jag till Arlanda på söndag eftermiddag svensk tid, rikare på erfarenheter av bland annat båtliv och forskning och med en massa intryck av storslagna naturupplevelser. Jag passar på att i mitt sista brev från södra halvklotet kort sammanfatta den forskning som bedrivits ombord på isbrytaren Oden.
Kartläggning av havsbotten, framför allt vid Pine Island Bay genomfördes med hjälp av Multibeam-systemet som finns monterat på Oden. Ni ser på bilden nedan resultat av mätningar från Ferrero Bay. Strukturer och spår på botten ger ledtrådar hur istäcket dragit sig tillbaka och hur isberg kalvat loss och drivit iväg från glaciären. 28 st sedimentkärnor har tagits på särskilt intressanta platser. Dessa ska analyseras mer och dateras på hemmaplan.
Undersökningar av hur hoppkräftor skyddar sig mot UV-ljus i havet har genomförts. De analyser som redan gjorts visar hur väl kräftdjuren anpassar sig efter de yttre hoten. I det klara havsvattnet tränger UV-strålningen ner djupt och de är i stort behov av skydd, men för att undvika att bli synliga för fiskarna utvecklar de en stor dos av det genomskinliga skyddsämnet, istället för det mer skyddande rödaktiga pigmentet.
CTD-dopp i syfte att mäta bla temperatur och salthalt på olika djup och placeringar av mätinstrument (moorings) för att mäta bl a havströmmar har genomförts. Detta är intressant inte minst för geologerna, som gärna vill se hur strömmar av varmare vatten påverkar smältningen av istäcket.
Mätningar av hur det jordmagnetiska fältet skyddar oss mot den kosmiska strålningen fortsätter under Odens vidare färd norrut. Resultaten ska framförallt användas för kalibrering av IceCube, den stora neutrinodetektorn på sydpolen. Det ska även bli intressant att se hur skolelever så småningom kan använda sig av mätresultaten från den lilla partikeldetektorn ombord.
Tack för mig!
Thomas Aidehag, Punta Arenas, 100311
Extragalaktiska neutriner
I morse fick vi en lots ombord som ska vägleda oss in genom Magellans sund. Pilotbåten lade, trots den kraftiga vinden, snyggt till i farten på babord sida hos Oden. Solen var i samma stund på väg upp över horisonten. Den blåa morgonhimlen väckte förhoppningar om en solig sista dag på havet.
Vi bombarderas ideligen av neutriner skapade i Solens inre. IceCube är dock konstruerad för att detektera neutriner med högre energi än dessa. De högenergetiska neutrinerna som hittills detekterats i detektorn härstammar högst troligen från då t ex protoner i den kosmiska strålningen krockar med atomkärnor i jordens atmosfär. Det är dock inte i första hand dessa som fysikerna är intresserade av. IceCube riktar sin blick till och med bortom gränserna för vår egen galax efter processer som misstänks kunna slunga ut neutriner med väldiga energier.
När massiva stjärnors bränsle tar slut kollapsar de i en väldig smäll – en så kallad supernova. Denna uppfattas som en starkt lysande stjärna under en kortare period. Supernovor är ovanliga händelser, de inträffar ca en gång på några hundra år i en stor galax. Den senast rapporterade supernovan i Vintergatan ägde rum 1604. 1987 small det dock till ganska nära oss, då en supernova kunde ses i det stora magellanska molnet. Flera detektorer världen över nåddes av högenergetiska neutriner från denna händelse. IceCube är beredd att ta emot neutrinerna från nästa supernova i vår galaktiska närhet.
Betydligt oftare (ca en gång om dagen) nås gjorden av korta skurar av gammafotoner – s k gamma-ray bursts. På grund av gammastrålningens höga frekvens är dessa ingenting vi kan uppfatta med ögat, eller med andra optiska instrument. För att få reda på mer om mekanismerna bakom dessa gammablixtar vore det intressant att se efter ifall även neutriner finns i skurarnas innehåll.
Många galaxers centrum tros innehålla massiva svarta hål. Processer som förekommer i sådana kan slunga ut partiklar med enorm energi. En del av innehållet borde vara neutriner, som tack vare att de inte gärna interagerar med materia skulle kunna nå ut ur galaxernas täta centrum, och med lite tur nå och reagera med partiklar i isen hos IceCube.
Det som bombsäkert skulle ge ett nobelpris i fysik är ifall ett litet överflöd av neutriner med hög energi skulle nå oss från solens, eller jordens kärna och forskarna skulle kunna visa att dessa neutriner bildas i processer då supermassiva svagt interagerande partiklar (om dessa nu finns) – så kallade WIMPs – reagerar med varandra. Jag antar att det är vad Mattias Danninger, en av fysikerna ombord, drömmer om att hans analyser av resultaten från mätningarna med IceCube en lika vacker dag som denna ska ge honom.
Thomas Aidehag, Magellans sund, 100310
Mer om den lilla detektorn
Jag tror att det är första gången på resan vi rör oss västerut. Vi passerade udden utan att ovädret hann ikapp och rör oss nu i nordvästlig riktning mot inloppet till Magellans sund. Emellanåt har vi haft sällskap av svartvita delfiner. En fiskebåt passerade nära förbi och överlämnade en hel drös med fåglar. Djurlivet är tillbaka med besked.
Den lilla detektorn som är avsedd för utbildningssyften är placerad i en container allra högst upp i båten på översta däck. Jag har tidigare nämnt att den består av ett scintilatormaterial, vars atomer lämnar ifrån sig ljus när de träffas av infallande partiklar. Man kan säga att den egentligen består av två detektorer placerade i två plan skilda en 40 cm från varandra. Detta för att kunna säga någonting om i riktningen hos den infallande partikeln. Ifall detektorplanen är belägna rakt ovanför varandra kommer strålning som kommer uppifrån träffa båda planen, medan strålning från sidan möjligen träffar ett av planen. Ett försök som har gjorts med liknande detektorer på hemmaplan är att variera vinkeln mellan detektorns normalplan och jordytans normalplan och mäta antal samtidiga träffar i båda planen. Resultaten av ett sådant försök brukar se ut som i figuren nedan och kan tolkas genom att den mätbara strålningen i huvudsak kommer uppifrån och alltså härstammar från kosmisk strålning.
Det är dock inte den primära kosmiska strålningen som mäts i detektorn nere vid jordytan. Den kosmiska strålningen träffar jordens atmosfär där sedan skurar sprider sig ner mot jordens yta. För att få ett grepp om den primära strålningens riktning och energi kan man synkronisera ett flertal detektorer spridda på t ex hustak runt om i Stockholm och invänta samtidiga händelser i detektorerna. Som tidigare har nämnts skyddar jordens magnetfält oss från mycket av den kosmiska strålningen. Eftersom det magnetiska fältets utseende är beroende av latitud borde detta märkas i försök där latituden varieras. Detektorn ombord har varit påslagen ända sedan Oden lämnade Helsingborg i november och mätningar av den kosmiska strålningen har alltså genomförts på olika latituder. Det ska bli intressant att se resultaten av dessa mätningar när Oden åter anländer till Sverige.
Thomas Aidehag, 53° S 67° W, 100309
Vågegenskaper
I morse klev jag upp till åsynen av land. Vi hade under natten passerat Kap Horn, vars blinkande fyr kunde skönjas. Det stora ovädret befinner sig fortfarande bakom oss. Förhoppningsvis hinner vi undan bakom udden. På bilden syns, bakom albatrossen i förgrunden, den sydamerikanska kustens berg resa sig upp ur havet. Inte helt olik de bilder av havsbotten som Multibeam-systemet kan skapa. Geologerna söker ledtrådar i dessa makroskopiska bilder. De behöver också analysera mikroskopiska bilder.
Ett vanligt optiskt mikroskop använder sig av det ljus som reflekteras mot det studerade föremålet. Upplösningen hos ett mikroskop kan sägas styras av våglängden hos synligt ljus, dvs 400 nm – 700 nm. För att studera detaljer mer noggrant än så skulle vågor med mindre våglängd behöva reflekteras mot föremålet. Det är precis det som sker i ett elektronmikroskop. Elektroner kan tyckas vara långt ifrån vågor. Vi får dock lov att ändra vår syn på vad en partikel är. På samma sätt som fotoner (ljuspartiklar) uppenbarligen har både vågegenskaper (t ex interferens) och partikelegenskaper (t ex fotoelektrisk effekt) äger elektroner denna våg-partikel-dualitet. En elektrons våglängd kan beräknas genom formeln
Där h är planks konstant och p elektronens rörelsemängd. Det betyder att en elektron som accelererats från vila med 100 V får våglängden 0,123 nm. Det lämnas som övning till läsaren att kontrollera detta.
Bilden nedan är taget med ett elektronmikroskop och föreställer en liten sten från en sedimentkärna tagen en bit från Antarktis nuvarande kust. Mycket tyder på att de spår som finns på stenen har åstadkommits av tillbakadragandet av en glaciär. Lyckades man hitta döda organismer på samma djup i kärnan är det möjligt att datera spåren.
Thomas Aidehag, 54° S 65° W, 100308
CTD
Oden närmar sig Chiles kust, antagligen har vi nått dit när du läser detta. Sedan ska vi runda Kap Horn och bege oss upp emot och in i Magellans sund och vidare in mot Punta Arena. Det har gungat ganska rejält ombord, trots att vädret inte varit värsta tänkbara. Det sägs att ett oväder med 14 m höga vågor är efter oss, hack i häl. All mätutrustning är väl surrat i containrar på däck.
På bilden visas hur några av forskarna i lugnare vatten virar ned en uppsättning tuber för CTD-mätningar (Conductivity, Temperature, Depth). Sensorer för de olika mätningarna sitter i anslutning till tuberna, men det tas även upp vattenprover från olika djup för kontrollmätning och mätning av syrehalt.
Konduktiviteten (ledningsförmågan) mäts för att bestämma salthalten i vattnet. Djupet bestäms genom att mäta vätsketrycket för att sedan använda den från Fysik A bekanta formeln
Mätningarna från ett sådant ”CTD-dopp” redovisas i diagrammet nedan. Det är ett ganska typiskt sätt att redovisa flera parametrar i ett och samma diagram med hjälp av flera ”y-axlar” och färgkodning.
Ljudhastigheten är beräknad från de andra parametrarna (se även brevet 100217). Förutom att det ökade trycket innebär en stigande ljudhastighet kan man även se att temperaturen har en tydlig påverkan. Däremot verkar salthalten inte variera tillräckligt för att märkbart förändra ljudhastigheten. Lägg även märke till att vattentemperaturen kan vara under noll grader utan att det fryser till is.
Thomas Aidehag, 57° S 71° W, 100307