Traktorstrahl: Nasa testet den Transport per Lichtstrahl

Was sich Science-Fiction-Autoren ausdenken, ist oft Anstoß für reale wissenschaftliche Entwicklungen. So hat die US-Weltraumbehörde Nasa jetzt die Entwicklung eines Traktorstrahls in Auftrag gegeben. Mit dem sollen allerdings nicht in Star-Wars-Manier Raumschiffe, sondern Probenpartikel eingefangen werden.

Planet oder Labor

Ein dreiköpfiges Team am Goddard Space Flight Center in Greenbelt im US-Bundesstaat Maryland soll Möglichkeiten testen, Teilchen einzufangen und sie mit einem Laserstrahl in ein wissenschaftliches Instrument zu befördern. Auf diese Weise können Staubteilchen von einer Planetenoberfläche oder Partikel aus der Atmosphäre transportiert werden, aber auch Viren, Ribonukleinsäure (RNA) oder Zellen im Labor.

Drei Methoden des Transports per Licht stehen zur Auswahl, von denen eine, so hoffen die Wissenschaftler, für ihre Zwecke nutzbar ist. Zwei davon sind immerhin schon in der Praxis getestet worden.

Optische Pinzette braucht Atmosphäre

Da ist zunächst die optische Pinzette: Zwei Laser werden auf ein Objekt fokussiert. Sie werden gegenläufig verstärkt oder abgeschwächt. So erhitzt sich die Luft auf einer Seite des Objekts mehr als auf der anderen und das Objekt bewegt sich. Das funktioniert auch - allerdings nur in einer Atmosphäre und nicht im Vakuum des Weltalls.

• 

Alle für einen Laser: Projektleiter Paul Stysley (Mitte) und seine beiden Mitstreiter Barry Coyle (links) und Demetrios Poulios (Foto: Debora McCallum/Nasa)

Bei Methode Nummer zwei wird ein spiralförmig geformter Laserstrahl eingesetzt. Dessen größte Intensität liegt nicht wie bei einem normalen Laserstrahl in der Mitte. Stattdessen gibt es eine Art Spirale von Leistungsspitzen um den Lichtstrahl. Darin können Teilchen bewegt werden, wie Wissenschaftler bereits gezeigt haben. Vorteil dieser Methode: Da die Teilchen mit Hilfe elektromagnetischer Kräfte bewegt werden, funktioniert diese Art von Traktorstrahl auch im Vakuum.

Bessel-Strahl

Bei der dritten Methode wird ein sogenannter Bessel-Strahl eingesetzt. Der ähnelt eher einem optischen Tunnel als einem herkömmlichen Laserstrahl: Wenn der Bessel-Strahl auf eine Fläche trifft, erscheint dort nicht nur ein Lichtpunkt, sondern zusätzlich Ringe von Licht drumherum. Darin könnten elektrische und magnetische Felder entstehen, die die Partikel bewegen. Im Gegensatz zu den beiden anderen Methoden ist diese bislang nur Theorie und noch nicht in der Realität erprobt.

Der Traktorstrahl sei ein wichtiges Versatzstück in der Science-Fiction, namentlich in der Star-Trek-Serie, sagt Projektleiter Paul Stysley. Dennoch sei das Einfangen von Partikeln mit Hilfe eines Lasers "nicht abstrus oder jenseits des gegenwärtigen technischen Know-hows." Der ursprüngliche Gedanke sei gewesen, mit Hilfe des Traktorstrahls den Orbit von Weltraumschrott zu säubern. "Aber etwas so Großes zu bewegen, wäre praktisch unmöglich - zumindest zum jetzigen Zeitpunkt. Da kamen wir auf die Idee, dass wir die Technik vielleicht dazu nutzen könnten, Proben zu sammeln", erzählt Stysley.

Transport per Licht in Australien

Im vergangenen Jahr haben australische Wissenschaftler einen Traktorstrahl demonstriert. Dabei handelt es um einen Laserstrahl, der innen hohl ist. Im Inneren des Strahls fingen die Wissenschaftler um Andrei Rode lichtabsorbierende Partikel ein, die sich dann durch den Strahl wie durch ein Rohr bewegten.

Damit konnten sie Partikel über eine Strecke von anderthalb Metern transportieren. Das System braucht aber wie die optische Pinzette eine Atmosphäre auf der Erde, funktioniert also nicht im Weltall.