Ingenieure des Goddard Space Flight Center der NASA haben einen winzigen, aber leistungsstarken Laser entwickelt, der Astronauten eines Tages dabei helfen könnte, Wasser auf dem Mond zu finden. Ein Laser, der kleiner als eine Münze ist, nutzt quantenmechanische Effekte, um einen Strahl im Terahertz (THz)-Bereich zu erzeugen, der latentes Wasser freisetzen kann.
Dank Missionen wie Chandrayaan 1 ist seit mehr als einem Jahrzehnt bekannt, dass es Wasser auf dem Mond gibt.
Dieser Orbiter fotografierte die Mondoberfläche mit einem Spektrometer, das die Reflexion und Absorption von Licht bei verschiedenen Wellenlängen maß, was die Zusammensetzung des vorhandenen Materials, einschließlich Wassermoleküle, aufzeigen kann.
So nützlich diese Werkzeuge auch waren, es fehlte ihnen die Empfindlichkeit, Wasser von ähnlichen Formen wie freien Wasserstoffionen und Hydroxyl zu unterscheiden.
Präzisere Instrumente, sogenannte heterodyne Spektrometer, konzentrieren sich auf schmalere Frequenzbänder, indem sie einfallendes Licht mit Licht von einem Laser im Gerät kombinieren und dann den Unterschied zwischen den beiden Lichtquellen messen.
Goddards Ingenieure entwickelten ein solches Gerät, das sich auf die Terahertz-Frequenzen von Wasser einstellen konnte.
Bestehende Generatoren und Laser, die Terahertz-Wellen erzeugen, sind sperrige, schwere und energieintensive Systeme, aber sie haben es geschafft, ihr Design auf die Größe einer Münze zu reduzieren. Dazu nutzte das Team einige seltsame Quanteneffekte.
Das Gerät ist ein sogenannter Quantenkaskadenlaser, der aus einer Reihe ultradünner Schichten von Halbleitermaterialien besteht.
Die emittierten Photonen treffen auf diese Reihe von Barrieren, und da die Schichten sehr dünn sind, besteht eine erhöhte Wahrscheinlichkeit, dass die Photonen die Barrieren einfach ignorieren und auf der anderen Seite auftauchen, ein Phänomen, das als Quantentunneln bezeichnet wird.
Wenn ein Photon die andere Seite erreicht, regt es andere Photonen an. Wenn sie also 80 bis 100 Schichten des Geräts passieren, ist das Endergebnis eine Kaskade von Photonen im Terahertz-Maßstab. Der Wellenleiter und die dünne optische Antenne halten den Strahl länger im Fokus.
Selbst mit Netzteil, Prozessor und Spektrometer, sagen die Wissenschaftler, könnte das gesamte System in ein wasserkochergroßes Gerät passen.
Das bedeutet, dass Menschen in Zukunft mit einem solchen tragbaren Gerät durchaus nach Wasser auf dem Mond, dem Mars oder anderen Objekten suchen können.
Obwohl noch viel zu tun ist, planen die Forscher, eine flugfähige Version für das kommende Artemis-Programm zu erstellen, das Menschen bis 2024 zum Mond zurückbringen wird.
2022-08-29 08:54:17
Autor: Vitalii Babkin