Einführung
Physiker der Freien Universität Berlin und der Universität Lyon haben eine auf Lasertechnik beruhende Methode entwickelt, mit der man die Wettervorhersage und die Blitzprävention revolutionieren könnte:
Man kann mit dieser Methode den Grad der Wasserübersättigung in der Wolke mit einem optischen Hilfsmittel messen. Dies war bis anhin vom Boden aus nicht möglich. Die Vorteile dabei sind, dass man aufgrund des Sättigungszustandes Schlüsse auf das gezielte Einsetzen von Silberjodid machen kann. Bis anhin wurden die Silberjodidinjektionen relativ ziellos vorgenommen, mit der neuen Methode soll sich dies jedoch ändern (Stichwort: Hagelbekämpfung).
Weiter wirkt der Laser direkt als Kondensationskeim . An den durch den Laser ionisierten Luftteilchen lagern sich Wassermoleküle an. Der Einsatz eines solchen Lasers könnte also das Silberjodid gänzlich überflüssig machen!
Eine weitere Anwendung des Lasers ist diejenige des Blitzableiters . Wenn man einen solchen Laserstrahl in die Atmosphäre schiesst, bildet sich auf seiner Bahn ein Kanal von sehr hoher elektrischer Leitfähigkeit. Dieser Kanal (etwas simpel ausgedrückt) übt auf Blitze eine stark anziehende Wirkung aus. Da die Blitze in den vom Laser bestimmten Kanal quasi hineingezwungen werden, können ihre Wege vorher bestimmt werden. Der Beschuss durch den Laserstrahl löst also eine kontrollierte Blitzentladung aus. Diese Methode wird vorallem in der Zukunft eine wesentliche Rolle spielen, denn die Klimaerwärmung lässt die Zahl der Gewitter steigen (bei einem Temperaturanstieg von 5°C rechnet man mit bis zu 8x mehr Blitze). Man bedenke auch, dass für elektrische Geräte auch etwas weiter entferntere Blitzeinschläge zur Gefahr werden könnten (EM-Feld). Man müsste einen solchen Laser einfach in der Nähe einer sensiblen Anlage positionieren.
Ein weiterer Anwendungsbereich ist das Nachweisen von biologischem Material in der Atmosphäre. Den Forschern gelang es, aus einer Entfernung von 50m den spektroskopischen Fingerabdruck von Aminosäuren in Aerosoltröpfchen zu messen.
Funktionsweise des Lasers
Ein Laser wandelt Energie in Schwingungen im Bereich der Lichtwellen um. Man kann die Funktionsweise eines Lasers mit der einer Glühlampe vergleichen: Dem Glühfaden der Lampe wird elektrische Energie zugeführt. Die Metallatome des Glühfadens laden sich mit dieser Energie auf, d.h. sie sie treten in einen höheren Energiezustand über und geben diese Energie in Form von Teilchen (Photonen) an ihre Umgebung ab. Danach kehren sie wieder in einen Zustand geringerer Energie zurück (die Metallatome). Der Laser erzeugt dabei nahezu parallele Lichtbündel, die Strahlung ist kohärent (zusammenhängendes Schwingen). Desweiteren ist die Laserstrahlung monochromatisch (Laserlicht besteht nur aus einer einzigen Farbe).
Das Gerät, das diese hilfreichen Laserstrahlen erzeugt, ist in unserem Fall ein Laser der Terawattklasse. Die mittlere Leistung des Geräts liegt zwar nur bei ein paar Watt (Taschenlampenleistung), die Spitzenwerte betragen jedoch mehrere Billionen Watt (Terawatt). Die Laserimpulse sind dabei nur Billiardstelsekunden (Femtosekunden) lang. Die Lichtintensität ist glockenförmig über den Laserquerschnitt verteilt, das Licht also in der Mitte intensiver als am Rand. Dadurch erhöht sich der Brechungsindex der Luft in der Strahlmitte stärker als an den Rändern, so dass sich die Wirkung einer Sammellinse ergibt. Die Intensität des Laserstrahls verstärkt sich damit im Zentrum noch weiter, bis die Luftmoleküle in der Luft ionisiert werden. Die sich damit verändernde Ladungsverteilung sorgt dann wieder für eine Abnahme des Brechungsindexes und damit für eine Defokussierung des Laserstrahls. Damit ergibt sich ein Wechselspiel von Fokussierung und Defokussierung. Schliesslich bildet sich ein stabiler Zustand, in dem dünne Fäden aus einem Gemisch von Elektronen und geladenen Atomen entstehen: den Plasma-Filamenten . Man nennt diesen Effekt Kerr-Effekt .
Praktische Anwendung
Der Laser befindet sich in einem Eurocontainer. Mit einem Sattelschlepper kann er überallhin transportiert werden.
B ist das Lasersystem, E ist der Schrank mit der Messtechnik drin. Zunächst wird ein Laserstrahl hochgeschossen, der als Kondensationskeim wirkt. Die Tröpfchenbildung beobachten die Forscher dann mit einem zweiten Laserstrahl und einem Teleskop. So kann der Grad der Wasserübersättigung in der Luft gemessen werden.
Die Experimentanordnung sieht dann folgendermassen aus:
Mit Hilfe des Teleskops wird das zurückgestreute Laserlicht z.B. aus der oberen Stratosphäre gemessen.
Fazit
Die Kosten für ein solches Unterfangen sind zur Zeit noch zu hoch, man arbeitet an der Optimierung d.h. an einer Kostensenkung.
Über dieses Thema gäbe es noch viel zu schreiben. Eine umfangreiche Arbeit dazu findet man hier .
Soviel (vorläufig
) dazuGrüsse
- Editiert von cyba am 10.03.2005, 12:34 -
Wieso muss der Mensch blos immer alles kontrolieren wollen??
