Kontrolle über atmosphärische Eigenschaften durch Laserpulse

Die Wolken, Nebel, Schnee und Regen haben einen großen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit und das Wohlbefinden des Menschen. Es beeinträchtigt die Sichtbarkeit, stört den Verkehr und lähmt die Freiraum Optik Kommunikation. Andererseits, führt das Fehlen von Regen zu Dürren und einer Trinkwassermangel. Heutzutage wird das Auslösen von Regen und das Aufklaren des Himmels durch das Abwerfen einer großen Menge von Chemikalien aus Flugzeugen erreicht, wie es schon vor fast einem Jahrhundert vorgeschlagen wurde. Trotzdem hat diese Methode jetzt noch eine hohe Betriebskosten, schlechte Effizienz und mehrdeutige ökologische Auswirkungen. Im 2003 hatte eine Gruppe von Wissenschaftlern des "Teramobil"-Projekts vorgeschlagen, Laserfilamente zur lokalen Steuerung von Wasserausfällungen zu verwenden. Laserfilamente sind schmale (0,1-1 mm) und lange (bis zu 1 km) Lichtkanäle mit extrem hoher Intensität, die ihre eigene Größe und Struktur aufgrund der Veränderung der optischen Eigenschaften des Mediums, in dem sich das Licht ausbreitet, beibehalten. Eine Erzeugung von Filamenten in Luft ist möglich, wenn ultrakurze Laserpulse (kohärente Lichtblitze mit einer Dauer von einigen zehn Femtosekunden (fs)) Spitzenleistungen im Gigawattbereich haben. Man kann diese Zahlen wie sein verstehen: Das Universums ist 13,8x10 9 Jahre alt, was ist cirka 436x1015 Sekunden. Ein fs ist 1015 mal kürzer als eine Sekunde (s). So sind 436 s (~7 Minuten) länger als 1 fs, genaso wie die Lebensdauer des Universums als 1 s. Ein GW ist so gross wie einer Leistung, die ein Kernreaktor erzeugt. Aber der Kernreaktor erzeugt diese Leistung kontinuierlich, und der Laserpuls nur zehn fs dauert. Aufgrund des kurzen Pulsdauer ist die Lichtintensität in den Filamenten genug hoch zu den Luftmolekülen ionisieren and angeregen und zu Bildung von hydrophilen Molekülen wegen komplexe photochemische Prozesse führen. In feuchter Luft werden Aerosolen um diese Molekülen builden. Außerdem früht übertragene Energie durch Ionisation von Laserlicht auf die Moleküle zu einer lokalen Erwärmung der Luft. Der erhitzte schmale Bereich dehnt sich explosionsartig aus, was eine Schockwelle erzeugt, die Tröpfchen aus dem Laserpfad herausschiebt und den Weg für die Übertragung optischer Signale durch den Nebel frei macht. In unserem Projekt schlagen wir vor, zu Mittelinfrarot-Laser für die lichte Selbkanaliesirung benutzen. Wellenlängen im mittleren Infrarot (>2500 nm) sind länger, als ein Auge kann sehen (<740 nm), und sind wichtig für die atmosphärische Photochemie. Neben den Hauptverbindungen enthält die Erdatmosphäre verschiedene Spurengase, von denen einige an der Aerosolbildung beteiligt sind. Wir schlagen vor, die Moleküle der Spurengase mit resonanten mitteleren Infraroten Licht anzuregen, Regen zu stimulieren. Auch werden wir die Laserparameter (Wellenlänge, Pulsdauer und Energie) für eine effiziente Pfadräumung in Wolken optimieren, die eine optische Kommunikation zwischen der Erde und Satelliten ermöglicht.

Die Wolken, Nebel, Schnee und Regen haben einen großen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit und das Wohlbefinden des Menschen. Es beeinträchtigt die Sichtbarkeit, stört den Verkehr und lähmt die Freiraum Optik Kommunikation. Andererseits, führt das Fehlen von Regen zu Dürren und einer Trinkwassermangel. Heutzutage wird das Auslösen von Regen und das Aufklaren des Himmels durch das Abwerfen einer großen Menge von Chemikalien aus Flugzeugen erreicht, wie es schon vor fast einem Jahrhundert vorgeschlagen wurde. Trotzdem hat diese Methode jetzt noch eine hohe Betriebskosten, schlechte Effizienz und mehrdeutige ökologische Auswirkungen. Im 2003 hatte eine Gruppe von Wissenschaftlern des "Teramobil"-Projekts vorgeschlagen, Laserfilamente zur lokalen Steuerung von Wasserausfällungen zu verwenden. Laserfilamente sind schmale (0,1-1 mm) und lange (bis zu 1 km) Lichtkanäle mit extrem hoher Intensität, die ihre eigene Größe und Struktur aufgrund der Veränderung der optischen Eigenschaften des Mediums, in dem sich das Licht ausbreitet, beibehalten. Eine Erzeugung von Filamenten in Luft ist möglich, wenn ultrakurze Laserpulse (kohärente Lichtblitze mit einer Dauer von einigen zehn Femtosekunden (fs)) Spitzenleistungen im Gigawattbereich haben. Man kann diese Zahlen wie sein verstehen: Das Universums ist 13,8x109 Jahre alt, was ist cirka 436x1015 Sekunden. Ein fs ist 1015 mal kürzer als eine Sekunde (s). So sind 436 s (~7 Minuten) länger als 1 fs, genaso wie die Lebensdauer des Universums als 1 s. Ein GW ist so gross wie einer Leistung, die ein Kernreaktor erzeugt. Aber der Kernreaktor erzeugt diese Leistung kontinuierlich, und der Laserpuls nur zehn fs dauert. Aufgrund des kurzen Pulsdauer ist die Lichtintensität in den Filamenten genug hoch zu den Luftmolekülen ionisieren and angeregen und zu Bildung von hydrophilen Molekülen wegen komplexe photochemische Prozesse führen. In feuchter Luft werden Aerosolen um diese Molekülen builden. Außerdem früht übertragene Energie durch Ionisation von Laserlicht auf die Moleküle zu einer lokalen Erwärmung der Luft. Der erhitzte schmale Bereich dehnt sich explosionsartig aus, was eine Schockwelle erzeugt, die Tröpfchen aus dem Laserpfad herausschiebt und den Weg für die Übertragung optischer Signale durch den Nebel frei macht. In unserem Projekt schlagen wir vor, zu Mittelinfrarot-Laser für die lichte Selbkanaliesirung benutzen. Wellenlängen im mittleren Infrarot (>2500 nm) sind länger, als ein Auge kann sehen (<740 nm), und sind wichtig für die atmosphärische Photochemie. Neben den Hauptverbindungen enthält die Erdatmosphäre verschiedene Spurengase, von denen einige an der Aerosolbildung beteiligt sind. Wir schlagen vor, die Moleküle der Spurengase mit resonanten mitteleren Infraroten Licht anzuregen, Regen zu stimulieren. Auch werden wir die Laserparameter (Wellenlänge, Pulsdauer und Energie) für eine effiziente Pfadräumung in Wolken optimieren, die eine optische Kommunikation zwischen der Erde und Satelliten ermöglicht.