Was ist das für ein grüner Laser am Himmel?

Wenn Studenten in einer wolkenlosen Nacht über den Campus schlendern, können sie nach oben blicken und eine hellgrüne Linie sehen, die den Himmel durchdringt. Der „grüne Strahl“, wie er von den Einheimischen genannt wird, ist eines der vielen Dinge, die die Utah State University einzigartig machen.

Der Laser wird verwendet, um Daten über die Temperatur, den Inhalt und manchmal auch die Dichte der Atmosphäre zu sammeln, indem er das Licht von Stickstoff, Sauerstoff, Methan und anderen Elementen streut. Ein Teil dieses Streulichts kommt zurück und trifft auf ein großes Teleskop mit mehreren Spiegeln, die das von den Atomen zurückkommende Licht sammeln.

Jan Sojka, Leiter der Physikabteilung der USU, sagte, dass sie ein Höhenprofil des reflektierten Lichts der Atome und Moleküle erstellen.

„Es ist wie ein Radarsystem“, sagte Sojka. „Das Radarsystem sendet einen Funkwellenimpuls aus. Er trifft auf das Flugzeug und kommt zurück, und man misst die Zeit, die die Funkwellen brauchten, um hin- und zurückzukommen, und dann kennt man die Entfernung.“

Ein erheblicher Teil des Projekts wird von der National Science Foundation und der NASA finanziert.

„Die NASA hätte gerne dieses Wissen und die NSF auch – das bedeutet, dass die wissenschaftliche Gemeinschaft weltweit interessiert ist“, sagte Sojka. „Das Verteidigungsministerium ist auch immer an diesen Dingen interessiert.“

Laut Sojka ist die Arbeit mit dem Laser für Studierende eine gute Möglichkeit, wertvolle Erfahrungen im Arbeitsschutz zu sammeln.

„Das erste, was die Schüler in diesem industriellen, sehr intensiven Lasersystem lernen, ist, wie man sicher mit diesen Dingen arbeitet“, sagte Sojka.

Sojka sagte, der „grüne Strahl“ sei stark genug, um ein Stück Papier sofort zu entzünden.

„Es verfügt über vier sehr große Spiegel, die das Licht sammeln, und das macht es zu einem der leistungsstärksten LiDAR-Systeme der Welt“, sagte Sojka.

LiDAR ist ein Systemtyp, der Fernerkundung mit einem schnellfeuernden Laser nutzt. Die Laserpulse werden zur Messung des zurückgekehrten Lichts verwendet.

Jonathan Price, ein LiDAR-Beobachtungs- und Datenanalyst, hat kürzlich die Leitung des Laserprojekts übernommen. Seit dem Tod von Vincent Wickwar im September 2022 leitet Price nun die Sternwarte. Price trat im August 2021 als Postdoktorand der Forschungsgruppe von Wickwar bei.

„Wir schicken den Strahl mit einer sogenannten elastischen Kollision nach oben“, sagte Price. „Man könnte wohl sagen, dass es von den Partikeln abprallt und zu uns reflektiert.“

Price sagte, der Laser helfe bei der Messung eines Bereichs in der Atmosphäre, über den normalerweise nur schwer Daten zu sammeln seien.

„Diese Region, die wir uns ansehen – es gibt nicht sehr viele Instrumente, die dort eingesetzt werden können“, sagte Price. „Wir können nur nachts operieren.“

Der Laser kann auch nur arbeiten, wenn am Himmel nur minimale Wolken vorhanden sind.

„Zum Vergleich: 30 Kilometer – Wetterballons erreichen normalerweise diese Höhe“, sagte Price. „Wir fangen also dort an, wo die Wetterballons enden. Und bei 100 Kilometern gilt dann der Rand des Weltraums.“

Die Atmosphäre ist in Schichten unterteilt, die anhand ihrer Temperaturstrukturen identifiziert werden können.

„Unsere Wissenschaft versucht, das, was in der oberen Atmosphäre passiert, mit dem zu verknüpfen, was hier unten passiert – wo wir uns in der Troposphäre befinden – damit wir irgendwie besser verstehen können, wie die Sonne das Wetter kontrolliert“, sagte Price .

Aggie Figueredo, Studentin an der USU, hilft bei der Überwachung des Lasers. Figueredo, ein Hauptfach in Physik und Computermathematik, sagte, dass die korrekte Frequenz gesendet werden müsse, damit die Ergebnisse zurückkämen.

„Mit Elektronen kann man die richtige Frequenz senden, die dem anderen die Energiemenge gibt, die er zum Hin- und Herspringen benötigt“, sagte Figueredo. „Und bestimmte Moleküle – wenn sie zusammenkommen – weisen auf eine globale Erwärmung hin.“

Figueredo sagte, der Laser habe andere Faktoren erfasst, die auf eine globale Erwärmung hinweisen.

„Anfang der 2000er Jahre begannen sie einen Anstieg der Wasserkonzentration und der Temperatur zu beobachten“, sagte Figueredo. „Mit der Zeit begann es immer trockener zu werden. Utah war also schon immer trocken, aber es begann mehr Wasser zu verlieren. Außerdem ist die Durchschnittstemperatur gestiegen.“

Obwohl das Team nicht über genügend Informationen verfügt, um den Klimawandel mit dem Laser anzuzeigen, deuten einige Anzeichen in den Daten auf eine globale Erwärmung hin.

„Möglicherweise können wir in den Daten Signaturen erkennen, die auf einen Klimawandel hinweisen“, sagte Price. „Aber wir haben einfach nicht genug davon – genug Beobachtungsjahre –, um den Klimawandel definitiv auszusprechen.“