Von Eiswürfeln, Polarforschern und der Jagd nach Neutrinos

Von Wiebke Hauschildt (Online-Redaktion)

Wie wird ein Eiswürfel zu einem riesigen Teleskop? Die Antwort darauf gibt der US-amerikanische Physiker Francis Halzen, der den Bau des heute größten Teilchendetektors in der Geschichte der Menschheit koordiniert hat: „Wenn du einen Billionen Tonnen schweren Detektor bauen willst, musst du einfach einen Ort finden, an dem dieser von der Natur schon für dich gebaut wurde.“ 

Der Ort? Die Antarktis, genauer: der Südpol. Der Detektor? Hört auf den Namen „IceCube“, zu Deutsch Eiswürfel. Was sich so anhört, als könne man davon locker fünf in der hohlen Hand halten, birgt am Südpol etwas andere Ausmaße: Der Eiswürfel hat eine Kantenlänge von einem Kilometer und damit einen Kubikkilometer Volumen. In ihm stecken 4.800 Sensoren, die gleichmäßig auf 80 Löcher verteilt sind. 

Dieser außergewöhnliche Eiswürfel ist, gemeinsam mit circa 300 Physiker*innen aus 12 Ländern, auf der Jagd nach Neutrinos – Geisterteilchen, „kosmischen Langstreckenläufern“, also winzigen subatomaren Partikeln aus den Tiefen des Universums, die uns sehr viel darüber erzählen können, wie das Universum funktioniert. Die jedoch sehr, sehr schwer zu finden sind. 

The IceCube Lab 2012, Sven Lidstrom, IceCube/NSF
The IceCube Lab 2012, Sven Lidstrom, IceCube/NSF

Das Rennen um den Südpol... 

Es wird heute gesagt, die Internationale Raumstation ISS sei leichter zu erreichen als der Südpol. Dennoch sind Antarktis und Südpol schon seit Ende des 19. Jahrhunderts ein Sehnsuchtsort der Entdecker*innen und Forscher*innen. Die Ära mit dem bescheidenen Namen „Goldenes Zeitalter der Antarktis-Forschung“ spann sich bis in die frühen 1920er Jahre; im englischen Sprachraum wird auch vom „Heroic Age“ (Heldenalter) gesprochen. Der erste Impuls zur Erforschung der Antarktis kam bereits 1893 von Sir John Murray bei der Royal Geographical Society in London, der „Antworten auf die offenen geographischen Fragen“ finden wollte, die „noch immer im Süden gestellt würden.“ 

Die erste Expedition, die das „Goldene Zeitalter“ einläuten sollte, war jedoch die des Belgiers Adrien de Gerlache mit seiner „Belgica“ 1897. De Gerlache und seine Mannschaft (u.a. Roald Amundsen) überwinterten südlich des antarktischen Polarkreises, da ihr Schiff von Packeis eingeschlossen wurde. Hierdurch erhielten sie allerdings die Möglichkeit, als Erste ganzjährig Daten in der Antarktis zu sammeln. 

„Die Fram im Eis, Nordpolexpedition 1893/98“, SLUB/Deutsche Fotothek

Unterschiedlichste Expeditionen aus Großbritannien, Schweden, dem Deutschen Reich und vielen weiteren Ländern folgten dem Belgier und starteten in den darauffolgenden Jahren gen Süden, um die Erforschung der Antarktis voranzutreiben. Zwei dieser Expeditionen sollen hier genannt werden und zwar diejenigen, die es tatsächlich bis zum Südpol schafften: Die norwegische Expedition rund um Roald Amundsen und die britische rund um Robert Falcon Scott, die sich zwischen 1910 und 1912 das legendäre „Rennen um den Pol“ lieferten (Spoiler: Der Norweger Amundsen gewann und kehrte zudem lebendig zurück, um davon zu erzählen). 

„Roald Amundsen“, Nachlass Ernst Hermann, Leibniz-Institut für Länderkunde e.V. (CC BY-NC-SA 4.0 International)

... und ein Toast auf die Schlittenhunde

Amundsens Teilnahme an diesem Rennen beruhte tatsächlich auf einem Zufall. Sein eigentliches Ziel – der Nordpol – war 1909 jeweils von den Amerikanern Frederick Cook und Robert Peary erreicht worden (zumindest behaupteten sie das sehr überzeugend). Auf der Suche nach Alternativzielen hörte er von einem alten Rivalen, dem Briten Robert Falcon Scott, und dessen Expedition zum Südpol. Amundsen besorgte sich innerhalb kurzer Zeit ein Schiff (die „Fram“, welche dem berühmten Polarforscher Fridjof Nansen gehörte), eine Crew und Ausrüstung. Mithilfe von 52 Schlittenhunden wollte Amundsen als Erster am Südpol ankommen. Diesen Plan kannten jedoch nur zwei Personen: Sein Bruder (der mit der Nachricht nach Abreise an die Öffentlichkeit gehen sollte) und sein Kapitän (der aufgrund navigatorischer Aspekte eingeweiht werden musste). Sonst wusste niemand davon, nicht einmal die Mannschaft, da Amundsen sich aus der Geheimhaltung Vorteile gegenüber Scott versprach. Außerdem war Scott ihm persönlich unsympathisch.

„Schlittenhunde (Grönlandexpedition 1891-1893)“, Nachlass Erich von Drygalski, SLUB/Deutsche Fotothek

 Als die „Fram“ allerdings Madeira erreichte, konnte Amundsen seine Pläne nicht mehr verheimlichen. Er ließ Scott eine Nachricht zukommen, Amundsens Bruder verkündete sie schließlich der Öffentlichkeit. Das Rennen zum Pol hatte offiziell begonnen. Gewonnen hatte es Roald Amundsen am 14. Dezember 1911, als er als Erster den Südpol erreichte. Hinter ihm lagen 1.400 Kilometer Eis, Schneestürme und Gletscherspalten. Zur Feier des Tages aßen er und seine Begleiter jeder ein Stückchen Robbenfleisch im errichteten Zelt, welches mit einer norwegischen Flagge und einem Wimpel der „Fram“ geschmückt wurde. Bei ihrer Abreise vier Tage später ließ Amundsen zudem zwei Briefe für Scott zurück mit der Bitte, diese für ihn abzuschicken, sollte er den Rückweg nicht überleben. 

Robert Falcon Scott fand die Briefe genau einen Monat später am 18. Januar 1912, konnte seiner Rolle als Briefträger jedoch nicht gerecht werden –   er starb auf dem Rückweg. Fehlplanungen bei der Ausstattung und Proviantierung ließen die Expedition am Ende tragisch scheitern. 

Amundsen wurde bei seiner Rückkehr nach Norwegen bejubelt, international wurde seine Leistung respektiert. Die britische Presse hingegen machte Amundsen für Scotts Tod verantwortlich und sah in seiner Expedition Hinterlist und Unsportlichkeit. Am Ende eskalierte die Situation, als Amundsen zu Gast bei der Royal Geographic Society in London war und deren Ehrenpräsident nicht auf Amundsen anstieß, sondern auf dessen Schlittenhunde: „I therefore propose three cheers for the dogs.“

„Seitenrand des Großen Karajak: ausgelaufener See“ (Gletscher in Grönland, 1891-93), Nachlass Erich von Drygalski, Leibniz-Institut für Länderkunde e.V., Leipzig (CC BY-NC-SA 4.0 International)

45 Jahre später: Aus Polheim wird die Amundsen-Scott-Südpolstation

Roald Amundsens Camp „Polheim“ war das erste am Südpol und sollte dieses Alleinstellungsmerkmal auch die nächsten 45 Jahre behalten. Erst im Internationalen Geophysikalischen Jahr 1956 erreichte eine Gruppe der US-Marine wieder den Pol, diesmal aus der Luft, um mit den Vorbereitungen zum Aufbau der Amundsen-Scott-Südpolstation zu beginnen. Seit ihrer Eröffnung im Jahr 1957 ist die Station, welche in 2.835 Meter Höhe auf dem Inlandeis liegt, zur Antarktisforschung im Einsatz. 

Heute gibt es 85 Forschungsstationen in der Antarktis, von denen die Hälfte auch im Winter besetzt ist. Die Forschungsgebiete umfassen alles: Von der Geo- und Astrophysik bis zur Glaziologie, Meteorologie und Astronomie. Die deutsche Kohnen-Station, die 2001 erbaut wurde, dient dem europäischen Tiefeisbohrprojekt EPICA (European Project for Ice Coring in Antarctica), das das Klima des Atlantischen Sektors in der Antarktis in den letzten hunderttausenden Jahren rekonstruieren will. In der Nähe dieser Station gab es im Jahr 2019 eine Quasi-Begegnung der dritten Art: Interstellares Eisen von einer Sternexplosion wurde dort von Münchner Forschern gefunden. 

Interstellarer Herkunft sind dann auch die eingangs erwähnten und gesuchten Neutrinos. Sie reagieren leider nicht sonderlich gern mit Materie, was ihren Nachweis so schwierig und gigantische Teleskope erforderlich macht, um in den raren Momenten einer Reaktion einen Blick darauf erhaschen zu können. Der Eiswürfel hatte letztlich Erfolg: 2013 wurde der erste nicht-terrestrische Hochenergie-Neutrino gesichtet. Ein kurzes blaues Leuchten im antarktischen Eis, eine Sternstunde für die Wissenschaft. 

„Orbis terrae compendiosa descriptio“: Weltkarte mit hypothetischem Südkontinent (1587), Rumold Mercator, SLUB / Deutsche Fotothek (CC BY-SA 4.0 International)

Quellen und Links

Atlas Obscura „IceCube Research Station“: https://www.atlasobscura.com/places/icecube-research-station (Letzter Zugriff 23.01.20)

Wikipedia „IceCube“: https://de.wikipedia.org/wiki/IceCube (Letzter Zugriff 23.01.20)

Webseite des IceCube South Pole Neutrino Observatory: https://icecube.wisc.edu/about/overview

heise online „Erstmals Quelle von Hochenergie-Neutrino lokalisiert“: https://www.heise.de/newsticker/meldung/Erstmals-Quelle-von-Hochenergie-Neutrino-lokalisiert-4109091.html

Deutschlandfunk „Eiswürfel mit Weitblick“: https://www.deutschlandfunk.de/eiswuerfel-mit-weitblick.676.de.html?dram:article_id=24230

Wikipedia „Amundsen-Scott-Südpolstation“: https://de.wikipedia.org/wiki/Amundsen-Scott-S%C3%BCdpolstation

Wikipedia „Forschungsstationen in der Antarktis“: https://de.wikipedia.org/wiki/Forschungsstationen_in_der_Antarktis

Wikipedia „Kohnen-Station“: https://de.wikipedia.org/wiki/Kohnen-Station

Wikipedia „Polheim (Camp)“: https://de.wikipedia.org/wiki/Polheim_(Camp)

Wikipedia „Amundsens Fram-Expedition“: https://de.wikipedia.org/wiki/Amundsens_Fram-Expedition

Wikipedia „Südpol Erforschung“: https://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%BCdpol#Erforschung

Wikipedia „Goldenes Zeitalter der Antarktis-Forschung“: https://de.wikipedia.org/wiki/Goldenes_Zeitalter_der_Antarktis-Forschung

BR „Wettlauf zwischen Amundsen und Scott zum Südpol“: https://www.br.de/themen/wissen/antarktis-amundsen-scott-suedpol-100.html

Welt „Der Wettlauf zum Südpol brachte Ruhm und den Tod“: https://www.welt.de/kultur/history/article13751343/Der-Wettlauf-zum-Suedpol-brachte-Ruhm-und-den-Tod.html

Welt der Physik „Das übersteigt meine kühnsten Erwartungen“: https://www.weltderphysik.de/gebiet/teilchen/news/2018/moegliche-neutrinoquelle-aufgespuert/