Mit Laserwaffen gegen das Wetter

Auch gefährliche Blitzschläge wollen die Tüftler mit Lasern ablenken - etwa von startenden Flugzeugen oder heiklen Gebäuden wie Atomkraftwerken. «Wir sind zwar noch weit davon entfernt, aber wir hoffen, dass wir in Zukunft Blitze und Wolken beeinflussen können», erklärte Jérôme Kasparian von der Biophotonics-Gruppe der Universität Genf der Nachrichtenagentur sda. Was wie Science Fiction klingt, ist dank neuen Lasern mit ultrakurzen Pulsen in den Bereich des Möglichen gerückt. Dies sind Laser, die Lichtimpulse mit einer Energie im Terawatt-Bereich (Billionen Watt) für Femtosekunden (Millionstel einer Billionstelsekunde) aussenden können. Sie sind die kürzesten Ereignisse, die heutzutage künstlich erzeugt werden können.

Einen solchen Laser hat das Team um Kasparians Chef Jean-Pierre Wolf zusammen mit Kollegen aus Deutschland und Frankreich eigens gebaut, um herauszufinden, was damit in der Atmosphäre passiert. Der «Teramobile» kann eine Energie von fünf Terawatt erzeugen und passt gerade eben in einen Frachtcontainer, sodass er auch in freier Natur einsetzbar ist.

Spukhaftes Phänomen

In der Atmosphäre kreiert der Laser ein spukhaftes Phänomen: Die hochenergetischen Laserpulse ionisieren die Luft - sie entreissen also den Luftmolekülen ihre Elektronen - und formen einen Strom leitenden Plasmakanal. Diese «Filamente» genannten Kanäle können mehrere Kilometer in die Atmosphäre hinauf reichen.

Ionisierte Gase können in einer Nebelkammer Wasser kondensieren lassen, sodass sich Tröpfchen bilden. Dies hatte der britische Nobelpreisträger Charles Wilson schon 1896 entdeckt. So kamen die Genfer Wissenschaftler auf die Idee, dass der Laser diesen Effekt noch stärker auslösen und richtige Wolken erzeugen könnte.

Wolken erzeugen, Klima kühlen

Tatsächlich bildeten sich bei entsprechenden Versuchen in einer Wolkenkammer mit Wasserdampf Wolkenschleier, die von blossem Auge sichtbar waren. Auch bei einem Feldversuch vor einigen Jahren, bei dem sie den Teramobile-Laser in den Himmel über Berlin richteten, konnten die Forscher Kondensation messen. Um es regnen zu lassen, war die Wirkung aber doch zu schwach.

Jüngste Experimente zeigen einen weiteren, unerwarteten Effekt: In einer speziellen Wolkenkammer am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), die verschiedene Wolkentypen erzeugen kann, vermehrte der Laser die Eiskristalle in Schleierwolken um den Faktor 100.




Dies sei «überraschend stark», berichteten die Forscher kürzlich im Fachblatt «Proceedings of the National Academy of Sciences» (PNAS).

Dadurch leuchteten die Wolken dreimal heller. Hellere Wolken reflektieren UV-Strahlung, die für den Klima erwärmenden Treibhauseffekt verantwortlich ist, vermehrt zurück ins All. «Wir würden davon einen Netto-Abkühlungseffekt für das Klima erwarten», sagte Kasparian.

Blitze kontrollieren

Parallel dazu verfolgen die Forscher eine andere Idee: Blitze sind elektrische Entladungen, die sich immer den einfachsten Weg suchen. Könnten die ionisierten Filamente also nicht auch Blitze ableiten? Etwas Ähnliches haben Forscher schon mit Raketen geschafft, die Metalldrähte hinter sich her ziehen. Der Blitz entlädt sich entlang des Drahts in den Boden. Die Methode ist aber noch unzuverlässig.

Tatsächlich gelang es den Genfern, mit dem Teramobile-Laser Entladungen im Labor auszulösen. Diese folgten in gerader Linie den Filamenten, statt die zufällige Zick-Zack-Route eines normalen Blitzes zu nehmen. Sogar in echten Gewitterwolken in New Mexiko konnten sie Entladungen, also quasi «Blitz-Frühstadien» erzeugen. «Um einen echten Blitz in einem Gewitter auszulösen, ist unser Laser aber nicht stark genug», sagte Kasparian. Noch nicht, ist der Physiker überzeugt.

Landende Flugzeuge schützen

Neben dem Interesse für die Forschung sieht er handfeste Anwendungen: «Gebäude wie Flughäfen und Atomkraftwerke könnten vor den Nebeneffekten der Blitze geschützt werden.» Dies sind die elektromagnetischen Störungen, die beim Blitzschlag entstehen und elektronische Geräte etwa in landenden Flugzeugen stören können.

Sind das alles nur abstruse Zukunftsträume? Nein, findet die Physikerin Ursula Keller von der ETH Zürich, die ebenfalls mit ultakurzen Laserpulsen arbeitet: «Es macht schon Sinn, dass diese Ionisations-Kanäle Blitze leiten könnten.» Angesichts der enormen Fortschritte in der Lasertechnologie in den letzten Jahren sei es nur eine Frage der Zeit, bis die Kraft der Laser auch für solche Effekte gross genug sei. «Diese Studien sind berechtigt», sagt sie.