Zeitung Heute : Mit Laser gegen Blitz und Donner

Der Physiker Ludger Wöste wurde vom französischen Forschungsministerium ausgezeichnet

Carsten Wette

Sein Spielzeug ist der Laserstrahl, sein Antrieb die Neugierde. „Wieso ist die Luft in Berlin so schlecht?“, wurde der Physiker Ludger Wöste 1988 gefragt, als er noch in Lausanne arbeitete. Gemeinsam mit Forscherfreunden aus der Schweiz fuhr er mit einem Lkw in den Westen der geteilten Stadt. Den Kastenwagen parkte er direkt an der Mauer in Kreuzberg. Was die DDR-Führung nicht wusste: Wöstes Umwelt-Mission erfolgte im Auftrag und mit finanzieller Unterstützung des West-Berliner Senats. Und der in der Köpenicker Straße abgestellte unscheinbare Lkw war voll gestopft mit modernster Messtechnik, unter anderem mit einem von Wöste entwickelten optischen Radarsystem zur Erforschung von Umweltbelastungen.

Aus dem Lkw heraus tastete Wöstes Team per Laser den Himmel über Berlin ab. Mit einem Teleskop beobachteten die Forscher, wie sich das von dem Strahl zurückgestreute Licht verhielt, und kartografierten die Ergebnisse. Sofort orteten sie eine der damals größten Dreckschleudern jenseits der Mauer: Ein Kraftwerk im heutigen Bezirk Mitte. „Dort wurde ungereinigte Braunkohle verfeuert“, erinnert sich Wöste. Ob und – wenn ja – wie man in Ost-Berlin an seine Ergebnisse gekommen ist, hat der Physiker nie erfahren. Fest steht aber, dass das Kraftwerk nur einen Tag nach Beginn der Messungen abgeschaltet wurde. Und die Luft der Umgebung wurde schlagartig besser.

Für seine Forschungsergebnisse wurde Wöste kürzlich mit dem renommierten „Gay-Lussac-Humboldt-Preis“ des französischen Forschungsministeriums ausgezeichnet. Der Preis ist mit 22 000 Euro dotiert. Damit soll die Kooperation gestärkt werden, die Wöste seit den 1980er-Jahren mit Forschern in Frankreich pflegt. Mit dem schon an der Berliner Mauer eingesetzten optischen Radarsystem, dem so genannten LIDAR (Light Detection and Ranging), gelang es ihm als einem der ersten Wissenschaftler, die Schadstoffbelastungen ganzer Städte zu charakterisieren.

„Ozon, Schwefeldioxid, Stickoxide oder Aerosole hinterlassen ihre Fingerabdrücke in der Atmosphäre“, erklärt der Physikprofessor, der seit 1989 an der Freien Universität Berlin lehrt. „Man muss die Spuren nur lesen.“ Seine Messtechnik setzte er bislang unter anderem in Leipzig, Stuttgart, Paris, Lyon, Genf, Mexiko-Stadt und im brasilianischen Cubatao ein. Für die Messungen in Berlin hat der Wissenschaftler kurz nach dem Fall der Mauer ein eigenes Observatorium bezogen. „Das schönste Labor Berlins“ liegt in luftiger Höhe auf dem Dach des Krankenhauses Charité im Bezirk Mitte. „Wir arbeiten dort gewissermaßen in der Tradition von Horch und Guck“, sagt Wöste leicht ironisch. Denn der Holzkasten diente der Stasi als Horchstation. Anfangs begegnete man ihm deshalb mit Skepsis: „Man fürchtete, wir seien die Wessi-Stasi!“

Ein wesentlicher Forschungsgegenstand des Teams um Wöste ist das Ozon in der Atmosphäre. Die höchste Konzentration dieses gefährlichen Luftschadstoffs messen die Forscher in Bodennähe regelmäßig dort, wo man es am wenigsten vermuten würde: im Tiergarten, der eigentlich als grüne Lunge der Hauptstadt gilt. Die Gruppe interessiert aber nicht nur das Ozon in der für den Menschen schädlichen Form in der Atemluft. Sie untersucht auch Ozon in mehr als 20 Kilometern Höhe, der so genannten Stratosphäre. Dort nämlich schützt Ozon vor den gefährlichen UV-Strahlen der Sonne. Deshalb untersuchte Wöste mit seinem LIDAR-Gerät sechs Wochen lang vom Forschungsschiff „Polarstern“ aus die Zusammensetzung der Atmosphäre zwischen Island und Feuerland. „Wenn das Ozonloch sich – ähnlich der Antarktis – auch im wesentlich bevölkerungsreicheren Norden bilden würde, hätte das verheerende Folgen“, erklärt der Wissenschaftler.

Ludger Wöste verdankt den Anstoß für seine Karriere einem Physik-Lehrer an seiner Schule in Münster. „Immer wieder brachte er uns die Natur im modernen Experiment nahe“, erinnert sich der Forscher. „Wissen Sie, womit Sie vor nicht allzu langer Zeit noch einen Nobelpreis bekommen hätten?“ Anstelle einer Antwort legt er in seinem Büro in Dahlem zwei schmale Metallplatten parallel über eine Isolierschicht auf eine dritte, verbindet diese mit einem unscheinbaren Widerstand und einer Zündkerze und schließt Hochspannung an. Furchterregend knisternd zucken plötzlich Blitze zwischen den Platten. Der Besucher weicht zurück. Wöste lehnt sich vor, ordnet die Platten zu einem V an und erzeugt damit einen gerichteten Lichtstrahl – den Laser-Effekt. „Ich will mit der Mär aufräumen, dass Physik langweilig ist und sich – wenn überhaupt – nur Jungen dafür interessieren“, erklärt Wöste. Gerade Mädchen ließen sich noch immer abschrecken, nur ein geringer Prozentsatz der Physiker in Deutschland sei weiblich. In Frankreich sei man da weiter, dort sei das Geschlechterverhältnis ausgewogen. Wöste weiß, wovon er spricht: Er kooperiert seit 25 Jahren intensiv mit Forscherinnen und Forschern in Paris und Lyon. In Zusammenarbeit mit dem Palais de la Découverte in Paris und dem Deutschen Technikmuseum Berlin will er künftig moderne wissenschaftliche Experimente auch in Museen einer breiten Öffentlichkeit zugänglich machen.

In den Museen will Wöste dabei auch Experimente aus dem Bereich vorführen, der ihn zurzeit vorrangig beschäftigt – es ist die Forschung mit ultrakurzen Lichtblitzen. Über Zeit-Intervalle, in denen im Sport über Sieg oder Niederlage entschieden wird, kann Wöste nämlich nur schmunzeln: Ihn interessieren nicht Zehntel- oder Hundertstel-Sekunden, sondern Laser-Impulse von so genannten Femtosekunden. Das sind Intervalle von 0,000 000 000 000 01 Sekunden: Wenn man sich vorstellt, dass das Licht zwischen Erde und Mond etwa eine Sekunde braucht, so breitet es sich binnen Femtosekunden nicht einmal um die Breite eines Haares aus. Bei solch ultrakurzen Lichtpulsen können Lichtleistungen in derartiger Höhe erreicht werden, dass die Luft entlang des Laserstrahls in ihre elektrischen Bestandteile zerlegt wird. Es bilden sich Bündel so genannter Plasmakanäle von mehreren Kilometern Länge, die weißes Licht abstrahlen. Diese von Wöste im deutsch-französischen Team erforschten Kanäle ermöglichen wichtige Erkenntnisse in der Umweltforschung, etwa über die Verteilung des Ozons und die Feuchte der Atmosphäre. Selbst feste Materialien wie beispielsweise radioaktive Niederschläge können damit aus sicherer Distanz geortet werden.

Für die Forschung mit Plasmakanälen interessieren sich vor allem Flugzeughersteller, denn jedes kommerzielle Flugzeug wird im Schnitt ein bis zwei Mal pro Jahr vom Blitz getroffen. „Vor allem während der Landungen, denn dabei können sie dem Gewitter nicht ausweichen“, betont Wöste. Das fürchteten die Fluggesellschaften, zumal die in modernen Flugzeugen verwendeten Materialien keinen schützenden Faraday’schen Käfig mehr ergäben. Deshalb müssten Flughäfen – sofern möglich – bei Gewitterneigung geschlossen werden. Wöstes Vision zur Lösung des Problems: Er will Gewitterwolken in der Nähe von Start- und Landebahnen mit ultrakurzen Lichtpulsen hoher Leistung bestrahlen und so deren elektrische Ladung gezielt ableiten. Mit Raketen, die eine Metalldrahtverbindung vom Boden bis in die Wolke schaffen, gelingt dies bereits. Ein gefährliches, aber faszinierendes Projekt, denn die Blitze sollen zwar ausgelöst und zur Erde geführt werden – dabei aber nicht die Laserapparaturen zerstören und die Wissenschaftler gefährden.

Noch ist ein Durchbruch nicht erreicht, doch die Forschung mit Licht- und Geistesblitzen an der Freien Universität Berlin für eine sauberere Umwelt und mehr Sicherheit in der Luftfahrt wird fortgesetzt und bleibt spannend.

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