Schneefernerhaus Zugspitze

Das Schneefernerhaus auf der Zugspitze wurde urspünglich als Hotel gebaut, nach rückläufigen Besucherzahlen aber zu einer Umweltforschungsstation umfunktioniert. Auf einer Höhe von 2650 m über NHN ist es die höchstgelegene Umweltforschungsstation Deutschlands. Zu den Forschungsschwerpunkten zählen unter anderem Klima- und Atmosphärenbeobachtung, Umwelt- und Höhenmedizin, Früherkennung von Naturgefahren, kosmische Strahlung und Radioaktivität, Biosphäre und Geosphäre, Hydrologie und Wolkendynamik.

Die Höhenlage der Messstation liefert sehr gute Bedingungen, um die sekundäre kosmische Strahlung zu untersuchen, denn die Rate kosmischer Teilchen nimmt mit der Höhe zu. Seit Oktober 2020 betreibt DESY im Schneefernerhaus einen Myonen-Detektor. Außerdem stehen auch die Daten des Mini-Neutron-Monitors der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel für die Auswertung mit Cosmic@Web zur Verfügung. Neben der jeweiligen Teilchenrate enthalten die Datensätze auch Wetterdaten, sodass beispielsweise der Einfluss von Wetterbedingungen auf die Rate untersucht werden kann.

Der Myonen-Detektor besteht aus:
 

• zwei in Koinzidenz geschalteten 25 cm x 25 cm großen Szintillationszählern,
• einer DAQ-Karte von FermiLab
• einem Raspberry Pi 3B Computer mit VNC zur Datennahme und Steuerung des Experiments aus der Ferne

Die auf Cosmic@Web abgespeicherten Datensätze enthalten: Zeit, Teilchenrate pro Stunde von Szintillationszähler Neutron-Monitor, Luftdruck, Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Weitere Informationen findest du in der Datensatzbeschreibung.

Mit diesem Experiment sind folgende Analysen möglich:
 

• Untersuchung des Einflusses der Wetterbedingungen auf die Raten,
• Suche nach Sonneneruptionen, bei der Unmengen kosmischer Teilchen explosionsartig von der Sonne ausgestoßen werden: die Rate kosmischer Teilchen überschreitet dabei kurz deutlich den über alle Zeit gemittelten Wert. Je nach Stärke der Eruption werden die Ionosphäre dadurch beeinflusst und elektromagnetische Störungen hervorgerufen.
• Vergleich der Daten zu unterschiedlichen Zeiten,
• Vergleich mit Daten anderer Cosmic@Web-Experimente,
• Vergleich mit Daten von Experimenten auf ähnlicher Höhe (beispielsweise die Daten verschiedener Neutronenmonitore, verfügbar über Neutron Monitor Database)

Auf der Plattform Cosmic@Web finden sich unter der Session-ID Zugspitze einige Beispieldiagramme.

Dieses xy-Diagramm zeigt sowohl den Luftdruck (rot) als auch die Myonrate (hellblau) im zeitlichen Verlauf. Die Werte der beiden Größen werden an zwei verschiedenen Achsen mit jeweils passender Achseneinteilung abgelesen. Das macht es möglich, die qualitativen Verläufe zu vergleichen. Die Zeit ist in Sekunden seit dem 01.01.2010 angegeben. Wie man diese Angabe in ein Datum umrechnet, wird im Glossar erklärt. Die genauen Einstellungen dieses Diagramms sind auf der Session-ID Zugspitze zu finden.
 

• Was ist auffällig an den Verläufen der beiden Größen? Welche Schlüsse lassen sich daraus ziehen?

Dieses Profil zeigt den natürlichen Logarithmus der Myonrate in Abhängigkeit vom Luftdruck. Der Luftdruck ist in 20 gleich große Bereiche eingeteilt. Diese Bereiche werden durch die horizontalen Striche dargestellt. Der Mittelwert der im jeweiligen Luftdruckbereich gemessenen Myonraten wird als Punkt dargestellt. Der vertikale Strich durch jeden Puntk gibt dabei die Standardabweichung an. Zusätzlich ist eine lineare Fitfunktion dargestellt. Die genauen Einstellungen dieses Diagramms sind auf der Session-ID Zugspitze zu finden.
 

• Was ist die physikalische Bedeutung dieses Verlaufs? Wie lässt sich das erklären?