Laser im Weltraum ersetzen Wetterfrösche

Die europäische Weltraumorganisation ESA plant eine Satellitenmission, in der die Windbewegungen in der gesamten Erdatmosphäre mit bisher unerreichter Qualität vermessen werden sollen. Zentrales Instrument auf dieser Mission wird das sogenannte Doppler-Wind-Lidar sein, ein hochpräzises Referenzlasersystem.

Die zuverlässige Wettervorhersage und die Einschätzung der langfristigen Klimaentwicklung rücken immer mehr in das Blickfeld von Wissenschaft und Forschung. Das Wettergeschehen hat einen erheblichen Einfluss auf Wirtschaftsfaktoren in Landwirtschaft, Verkehr und Touristik und betrifft mit seinen katastrophalen Extremen die Interessen der Versicherungsgesellschaften. Verantwortungsvolle Politiker befassen sich inzwischen mit der globalen Klimaentwicklung.
Die europäische Weltraumorganisation ESA plant deshalb eine Satellitenmission, in der die Windbewegungen in der gesamten Erdatmosphäre mit bisher unerreichter Qualität vermessen werden sollen. Solche Daten werden für ein verbessertes Modell der Erdatmosphäre benötigt, um insbesondere die Langzeitvorhersagen zu verfeinern; schließlich hofft man, daraus auch Erkenntnisse über den Klimawandel zu gewinnen.
Zentrales Instrument auf dieser Mission wird das sogenannte Doppler-Wind-Lidar sein: Impulse eines frequenzstabilisierten UV-Leistungslasers werden vom Satelliten abwärts in die Atmosphäre gesendet. Das Licht wird an Teilchen in der Atmosphäre und an den Luftmolekülen gestreut und erreicht zum kleinen Teil einen empfindlichen Detektor auf dem Satelliten. Die Frequenz des rückgestreuten Lichtes ist dabei aufgrund der unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten verändert. Mit Hilfe eines hochpräzisen Referenzlasersystems kann aus dem Vergleich der Frequenzen von ausgesendetem und rückgestreutem Licht auf die Verteilung der Windgeschwindigkeiten in der Atmosphäre geschlossen werden.
Für diese Mission wurde am Laser Zentrum Hannover e.V. ein Prototyp eines hochstabilen Referenzlasersystems entwickelt, mit dem zunächst die physikalischen Anforderungen demonstriert werden konnten. Das Lasersystem beruht auf einem Miniatur-Einkristall-Laser (Nd:YAG, NPRO*), der für einen späteren Einsatz im Weltraum ideale Voraussetzungen mitbringt. Mit Ausgangsleistungen bis 2 Watt und einer beachtlichen Intensitäts- und Frequenzstabilität ist der NPRO ein idealer Kandidat für den messtechnischen Einsatz – sowohl auf der Erde als auch im Weltall. Eine wichtige Rolle für die Mission spielt die hohe Zuverlässigkeit des Systems.
Im weiteren Verlauf der Laserentwicklung wird dieses System miniaturisiert werden und für den Einsatz unter den extremen Bedingungen einer Satellitenmission vorbereitet.

(*NPRO=Non-Planar Ring Oscillator)

Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) ist eine durch Mittel des niedersächsischen Ministeriums für Wirtschaft, Technologie und Verkehr unterstützte Forschungs- und Entwicklungseinrichtung auf dem Gebiet der Lasertechnik.

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Laser Zentrum Hannover e.V.
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