Kosmische Teilchen als Archäologie-Helfer: Eine neue Durchleuchtung der Cheops-Pyramide soll weitere Geheimnisse ihres Inneren enthüllen. Archäologen planen, dafür neuentwickelte Myonen-Scanner einzusetzen. Diese sollen entlang von zwei Seiten der Pyramide aufgestellt werden und die durch das Bauwerk rasenden Teilchen einfangen. Ein erster Prototyp der Scanner und Simulationen der erreichbaren Auflösung gibt es bereits.
Die vor 4.500 Jahren erbaute Cheops-Pyramide in Gizeh ist eines der größten von Menschenhand erschaffenen Bauwerke überhaupt – und bis heute eines der geheimnisvollsten Relikte des alten Ägypten. Denn was sich im Inneren dieses Millionen Tonnen schweren und 139 Meter hohen Grabmals des Pharaos Chufu (Cheops) verbirgt, ist nur in Teilen bekannt. Erst 2017 entdeckten Archäologen einen zuvor unbekannten Gang und erste Hinweise auf weitere Hohlräume.
Tomografie mit Myonen
Möglich wurden diese Einblicke in die Cheops-Pyramide durch eine neue Art der Durchleuchtung. Statt Radar- oder Röntgenstrahlung fangen die Detektoren dabei Myonen ein – schnelle Elementarteilchen, die rund 200-mal schwerer sind als ein Elektron. Sie entstehen, wenn energiereiche kosmische Strahlung auf die Erdatmosphäre trifft. Die hohe Energie dieses natürlichen Teilchenregens lässt ihn selbst dicken Fels durchdringen.
Weil die Myonen dabei je nach Dichte des Materials unterschiedlich stark absorbiert werden, können sie die interne Struktur von Bauwerken oder Gesteinsformationen verraten. Das Problem jedoch: Wie groß die Auflösung einer solchen Myonen-Tomografie ist, hängt stark von der Menge der eingefangenen Myonen und damit von der Fläche der Detektoren und der Scan-Zeit ab. Im Inneren der Cheops-Pyramide ist jedoch nur wenig Platz, weshalb die bisherigen Scans nicht besonders hochauflösend waren.
Detektor-Container an mindestens zwei Pyramidenseiten
Deshalb plant nun ein Team um Alan Bross vom Fermi National Accelerator Laboratory in den USA im Rahmen des Projekts ScanPyramids einen deutlich größer angelegten Myonen-Scan der Cheops-Pyramide. „Wir wollen ein Teleskop-System installieren, das mehr als die 100-Fache Sensitivität des bisher bei der Pyramide eingesetzten Technologien aufweist“, erklären die Forschenden. „Das System wird zudem Myonen aus fast allen Richtungen abbilden und damit zum ersten Mal ein echtes tomografisches Bild einer so großen Struktur liefern.“
Um allerdings eine so hohe und dreidimensionale Auflösung zu erzielen, müssen die Myonen-Detektoren nahezu lückenlos entlang mindestens zweier Grundlinien der Cheops-Pyramide aufgereiht werden. Anhand von Simulationen haben Bross und seine Kollegen ausgerechnet, dass 36 Detektor ausreichen, um im Laufe von zwei Jahren alle Scan-Positionen jeweils mindestens einen Monat lang abzudecken. „Ein solcher Container wird im Laufe eines Monats rund 20 Millionen Myonen detektieren“, erklären sie.
Selbst Füllung der Kammern könnte sichtbar werden
Einen ersten Prototyp der für den Scan nötigen Myonen-Detektoren haben die Wissenschaftler bereits entwickelt. Jede Detektoreinheit besteht demnach aus drei hintereinander liegenden Szintillatorenflächen – Materialien, die beim Aufprall eines geladenen Teilchen einen Lichtblitz abgeben. Die Staffelung der hintereinander angeordneten Szintillatoren erlaubt es, den Winkel der eintreffenden Teilchen zu ermitteln und so ihre Bahn durch die Pyramide zu rekonstruieren.
Aus vorbereitenden Simulationen schließen die Wissenschaftler, dass sie mithilfe dieser Detektormodule selbst drei Meter kleine Hohlräume in der Cheops-Pyramide aufspüren können. Zudem soll das System anzeigen können, ob ein solcher Hohlraum leer ist oder möglicherweise Artefakte enthält. „Wenn die Kammer mit Material wie Keramikgefäßen, Metallen, Stein oder Holz gefüllt ist, müssten wir dies erkennen können“, sagt Bross.
Erste Daten nach einem Jahr
Das Team hofft, durch den neuen Myon-Scan herauszufinden, was sich in dem 2017 entdeckten, 30 Meter langen Gang oberhalb der Großen Galerie der Cheops-Pyramide befindet. Weil er unzugänglich ist, blieb sein Innenleben bisher rätselhaft. Eine weitere auffällige Stelle hinter der Nordfassade der Pyramide soll ebenfalls näher untersucht werden. Bei ihr ist bislang unklar, ob es sich um eine Kammer oder eine bloße Unregelmäßigkeit im Bauwerk handelt.
Bevor es allerdings losgehen kann, ist noch einiges an Arbeit und Finanzierung nötig. Bross und sein Team haben bereits die Erlaubnis des ägyptischen Antikenministeriums für das Projekt erhalten, braucht aber noch Geld, um die nötigen Detektoren zu bauen. Sobald dies geschehen ist und die Myon-Tomografie der Cheops-Pyramide beginnt, könnten erste Ergebnisse schon ein Jahr später vorliegen. Die volle Auflösung wird dann nach zwei bis zweieinhalb Jahren der Scans erreicht. (Preprint 2022; arXiv:2202.08184)
Quelle: ArXiv
