Alpha Magnetic Spectrometer

Alpha Magnetic Spectrometer (AMS), Magnetyczny Spektrometr Alfa^[1] – moduł-eksperyment z dziedziny fizyki cząstek, który został umieszczony na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej i którego celem jest dokładny pomiar strumienia naładowanych promieni kosmicznych na niskiej orbicie wokółziemskiej. Eksperyment pozwoli na badanie formowania się Wszechświata, a także na poszukiwanie dowodu istnienia cząstek dziwnych, ciemnej materii oraz swobodnej antymaterii we Wszechświecie. Odkrycie choćby pojedynczych przypadków jąder antyhelu w promieniowaniu kosmicznym dostarczyłoby silnych dowodów na istnienie symetrii między materią i antymaterią.

Początkowo były wątpliwości, czy AMS w ogóle wystartuje, ponieważ nie było pewne, czy uda się wykorzystać pozostałe sprawne użytkowo wahadłowce Space Shuttle^[2]. Ostatecznie jednak Izba Reprezentantów Stanów Zjednoczonych zezwoliła na dodatkowy lot wahadłowca m.in. w celu dostarczenia urządzenia na stację kosmiczną^[3]. Końcowy montaż dokonał się w CERN-ie. Sprzęt dotarł do Centrum Kosmicznego im. Johna F. Kennedy’ego 26 sierpnia 2010. Start promu kosmicznego Endeavour z AMS-02 w ramach misji STS-134 nastąpił 16 maja 2011. AMS-02 został zainstalowany na ISS 19 maja 2011.

Środkowa część AMS-u (magnes i detektor śladów) w clean roomie w CERN-ie

Wizualizacja AMS-02

Projekt i jego rozwój

Eksperyment został zaproponowany w 1995 roku przez Samuela Tinga, fizyka cząstek elementarnych (wkrótce po porzuceniu projektu Superconducting Super Collider), który został kierownikiem grupy badawczo-rozwojowej złożonej z 500 naukowców pochodzących z 56 instytutów w 16 krajach^[4]. Ten kosztujący 1,5 mld dolarów eksperyment został nazwany przez The New York Times „jednym z najbardziej kosztownych eksperymentów naukowych kiedykolwiek zaprojektowanych”^[4].

Problemy ze startem

NASA miała zapewnić transport do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) na pokładzie jednego z jej wahadłowców. Prototyp AMS (AMS-01) poleciał w przestrzeń kosmiczną wraz z lotem STS-91 w roku 1998. Niestety po katastrofie promu Columbia w 2003 NASA postanowiła zredukować liczbę planowanych lotów wahadłowców i wycofać ze służby pozostałe jednostki do roku 2010. W tej sytuacji wysłanie AMS (AMS-02) w przestrzeń kosmiczną stało się problematyczne^[4]. W 2006 NASA poszukiwała alternatywnych dróg wysłania AMS do stacji kosmicznej ISS, ale były one zbyt kosztowne^[2]. Jednak począwszy od marca 2006 zreorganizowano program STS lotów wahadłowców i ostatni planowany lot przesunięto na lipiec 2010^[5]. Dodatkowa misja instalacyjna dla AMS mogła być w tych okolicznościach wykonana w końcu roku 2010, jeśli byłaby zaakceptowana przez Senat, prezydenta USA i NASA^[6]. Zaplanowano, że po dostarczeniu AMS (AMS-02) do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej zostanie on zainstalowany na strukturze kratownicowej stacji w sekcji USS-02 po zenitowej stronie segmentu S3 za pomocą systemu PAS (Payload Attachment System)^[7].

Ostatnia faza rozwojowa

W maju 2008 została zaproponowana ustawa zezwalająca na wystrzelenie Alpha Magnetic Spectrometer do ISS na pokładzie dodatkowego lotu wahadłowca w roku 2010 lub 2011^[8]. Ustawa została przyjęta przez całą Izbę Reprezentantów dnia 11 czerwca 2008^[9]. Ustawa przekazana została potem do Senackiej Komisji Handlu, Nauki i Transportu, gdzie także została przyjęta^[10]. Następnie przeszła przez obrady całego Senatu i ponownie całej Izby Reprezentantów. Ustawa została podpisana przez prezydenta George’a Busha 15 października 2008^[11] i zapewniła wystarczające środki pozwalające NASA na dodanie jeszcze jednego lotu do programu lotów wahadłowców przed zakończeniem programu Space Shuttle. W styczniu 2009 NASA zdecydowała się wysłać AMS (AMS-02) w ramach misji STS-134, która ostatecznie doszła do skutku w maju 2011.

Konstrukcja

Urządzenie zawiera takie instrumenty jak^[1]:

• układ czasu przelotu 1, który mierzy ładunki cząstek i ich prędkość
• układ czasu przelotu 2
• magnes trwały odchylający tor cząstek naładowanych
• krzemowe urządzenie śledzące, które mierzy pęd cząstek i ich ładunek
• pierścień obrazujący detektor Czerenkowa, który rejestruje promieniowanie Czerenkowa
• kalorymetr elektromagnetyczny, który mierzy kierunek lotu cząstek i ich rodzaj
• licznik antykoincydencyjny, który pozwala oddzielić informacje o cząstkach nadlatujących z boku

Całość zużywa 2400 W mocy i waży 7 ton^[1].

Ciekawostki

Satelita PAMELA, który został wystrzelony w połowie 2006 w ramach współpracy europejsko-rosyjskiej, przeprowadza pewne eksperymenty podobne do tych planowanych na AMS. Jednakże przypuszcza się, że dzięki AMS będzie można osiągnąć dużo wyższą czułość planowanych pomiarów^[12].

Po wysłaniu w przestrzeń prototypu AMS-01 całkowity koszt projektu AMS szacowano na 33 mln dolarów^[13]. Obecne szacunki oscylują wokół kwoty 1,5 mld dolarów^[4], czyli 45-krotnie wyższej od planowanej.

Zobacz też

• teleskop kosmiczny
• Laboratorium kosmiczne Columbus
• Wielozadaniowy Moduł Laboratoryjny
• spektrometria promieniowania gamma
• spektrometr beta

Przypisy

1. George Musser. Klejnot w koronie. „Świat Nauki”. nr. 6 (238), s. 64–65, czerwiec 2011. Prószyński Media. ISSN 0867-6380. 
2. Marc Kaufman: The Device NASA Is Leaving Behind. The Washington Post, 2 grudnia 2007. [dostęp 2007-12-02].
3. Jim Abrams: House adds extra shuttle flight in NASA budget. The Associated Press, 19 czerwca 2008. [dostęp 2011-05-21]. (ang.).
4. Dennis Overbye:Long-Awaited Cosmic-Ray Detector May Be Shelved. The New York Times, 3 kwietnia 2007.
5. Chris Bergin: NASA managers juggle shuttle launch schedule again. NASA SpaceFlight.com, 2007-04-29. [dostęp 2011-05-21]. (ang.).
6. Chris Bergin: Atlantis gains Hubble servicing swansong. NASA SpaceFlight.com. [dostęp 2011-05-21]. (ang.).
7. Johnson Space Center: Phase II Flight Safety Data Package for the Alpha Magnetic Spectrometer-02 (AMS-02). [dostęp 2011-05-21]. [zarchiwizowane z tego adresu (2011-10-15)]. (ang.).
8. House Bill Would Authorize Additional Shuttle Flights. [dostęp 2008-05-19].
9. DavidD. Kestenbaum DavidD., NASA balks at Taking Physics Gear Into Space, Waszyngton: National Public Radio, 10 czerwca 2008 [dostęp 2008-06-10] . Brak numerów stron w książce
10. Senate Committee Passes Bill.
11. Major Actions: H.R. 6063. THOMAS (Library of Congress) – thomas.loc.gov. [dostęp 2010-09-16]. [zarchiwizowane z tego adresu (2008-11-20)].
12. Mark Peplow: PAMELA, or virtue rewarded. [w:] Nature [on-line]. Nature Publishing Group, 2006-06-16. [dostęp 2014-06-29]. (ang.).
13. Eric Hand: Particle physics: Sam Ting’s last fling. nature.com, 15 października 2008. [dostęp 2011-05-21]. (ang.).

Linki zewnętrzne

Zobacz multimedia związane z tematem: Alpha Magnetic Spectrometer

• Podstrona AMS na stronie CERN
• M. Sapiński: Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) eksperyment fizyki cząstek w kosmosie. listopad 2002. [dostęp 2014-06-29]. (pol.).