Berlin - Zieht
das angekündigte Gewitter durch, ohne seine Wolkenlast zu entladen, oder
prasselt es wie aus Kübeln hernieder? Diese für Hausbesitzer und
Feuerwehren sehr wichtige Frage soll künftig eine neue Messmethode beantworten,
die Physiker der Freien Universität (FU) Berlin und der Universität
Lyon entwickelt haben. Die Professoren Ludger Wöste und Jean-Pierre
Wolf nutzen dabei einen Laser, dessen Licht in der Atmosphäre Kondensationskeime
erzeugen kann, die wiederum Rückschlüsse auf die Dampfsättigung
der Luft ermöglichen. Ist nämlich die Luft mit Wasserdampf übersättigt,
bilden sich an den Kondensationskeimen Tröpfchen. Und dies ermöglicht,
lokale Regenvorhersagen kurzfristig zu treffen.
Die Laserpulse sind nur Billiardstelsekunden (Femtosekunden)
lang, besitzen aber eine gigantische Leistung von mehreren Billionen Watt
(Terawatt). Die Lichtintensität ist glockenförmig über den
Querschnitt des Laserstrahls 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 Moleküle in der Luft ionisiert
werden. Die sich damit verändernde Ladungsverteilung sorgt dann wieder
für eine Abnahme des Brechungsindexes und damit für eine Defokussierung
des Lichtstrahls. 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 - so genannte Plasma-Filamente.
Diese wirken als Kondensationskeime. Die Tröpfchenbildung
beobachten die Forscher dann mit einem zweiten Laserstrahl und messen so den
Grad der Wasserübersättigung in der Luft. Damit werden Informationen
über die voraussichtliche Regenmenge auf einem kleinen Gebiet von einigen
Kilometern gewonnen.
"Der Vorteil dieser rein optischen Messung besteht darin,
dass keine Materialien in die Atmosphäre gebracht werden müssen",
erklärt Wöste, "außerdem kann der Luftraum dreidimensional
erfasst werden." Nützlich könnten solche Daten etwa für die
Hagelprävention sein, bei der Flugzeuge Silberiodid als Kondensationskeime
in der Luft ausstreuen, um Wolken zum frühzeitigen Abregnen zu bringen.
Der Erfolg dieser Methode hängt sehr empfindlich von der Genauigkeit
der Bestimmung des Übersättigungsgrades der Luft ab, der bisher
vom Boden aus nicht festgestellt werden konnte.
Über die Möglichkeit, seine Erfindung über
die Universität patentieren zu lassen, ist Wöste sehr erfreut: "Eine
Patentanmeldung ist keine triviale Sache. Ich habe schon mehrfach Patente
angemeldet, brauchte aber immer einen industriellen Partner für die Betreuung
des Patentes und dessen Finanzierung." Es sei daher sehr gut, dass sich nun
die Hochschule darum kümmere. So werde der Vorgang einfacher, schneller,
und er behindere kaum mehr die angestrebte wissenschaftliche Publikation der
Erfindung.
Artikel erschienen am 25. Jun 2003