Genauer gesagt fehlen die Schwingungen, die über Zähne, Schädelknochen oder den Kiefer an unseren Ohrkanal, dann das Trommelfell und über die Gehörknöchelchen im Mittelohr schließlich an die Innenohrschnecke weitergeleitet werden: der Körperschall. Aber was genau lässt die eigene Stimme von innen viel angenehmer klingen als von außen? Es gibt nur wenige Studien zu diesem Thema, vielleicht erscheint es zu “populär.” Aber eine der Möglichkeiten ist, dass nicht nur die Art der Schwingungen über die eigenen Knochen die Stimme für einen selbst so angenehm machen, sondern vielleicht eher die zeitliche Verzögerung. Denn über die Knochen verbreiten sich die Schallwellen schneller, via Luft kommen sie etwas später an. Genau genommen hört man sich selbst also stets mit einem ganz besonderen Echo. Durch die extrem geringe Verzögerung wirkt das beinahe wie ein Stereoeffekt.

Im Umkehrschluss könnte die eigene, konservierte Stimme so ungewohnt klingen, weil sie als “zu mono” empfunden wird. Ähnlich wie bei einer Musikanlage, bei der ein einziger Lautsprecher dünner und weniger räumlich klingt als zwei Lautsprecher, selbst wenn diese exakt das gleiche wiedergeben (und also kein “echtes” Stereo sind). Der Schall der einen Box hat einen etwas längeren Weg zum Ohr als der Schall der zweiten Box, wenn man nicht ganz genau in der Mitte der beiden Boxen steht – also im Normalfall. Diese Phasenverschiebung der beiden Schallsorten ist beim natürlichen Hören der eigenen Stimme normal. Erst wenn man oft genug eine Aufnahme von sich hört, gewöhnt man sich auch an die künstlich reproduzierte Stimme, die ironischerweise für alle anderen das Original ist.

Forscher haben jetzt einen Weg gefunden, Sprache direkt aus der Gehirnaktivität zu rekonstruieren. Es reicht aus, dass wir jemanden sprechen hören oder einfach nur ein Buch lesen, also Klang denken. Dabei werden bestimmte Zentren im Gehirn über Neuronen aktiviert und es gilt Aufgabenteilung – je nach Frequenz z. B. werden unterschiedliche “Neuronen-Spots” aktiv. Diese Klang-Landkarte im Gehirn lässt Rückschlüsse über das Gehörte oder Gedachte zu. Auch wenn die Rekonstruktion der Stimme mit dem Original noch nicht ganz mithalten kann, könnte es Patienten im Wach-Koma, Locked-In-Patienten, oder Menschen mit Sprachlähmungen ihre Stimme wiedergeben.

Und weil der Luftschall nicht nur für das Hören der eigenen Stimme unzureichend ist, sondern Luft als Weiterleitungsmedium sowieso nicht so toll ist, fragen sich Akustiker, ob es nicht viel besser wäre, Klänge direkt an die Nervenbahnen zu übertragen, ohne den Umweg über die Luft zu gehen. Es gibt bereits Implantate, die die Hörschnecke (Cochlea) direkt stimulieren und in Zukunft soll dies auch durch Licht, genauer gesagt implantierte Leuchtdioden möglich werden. Bis ein MP3-Player allerdings ohne Kopfhörer auskommt, wird es wohl noch ein Weilchen dauern.

Außerhalb unseres Körpers treffen wir Kohlenstoff zum Beispiel in seiner kristallinen Form als Diamant oder auch als nicht ganz so wertvollen Graphit. Dieses Mineral steckt als Mine in den Bleistiften. Ganz besondere Eigenschaften hat der Kohlenstoff, wenn er Graphen bildet. Graphen besteht nur aus einer einzigen Schicht von Kohlenstoffatomen, ist also ein “zweidimensionales Material”. Überraschenderweise ist es trotzdem nicht instabil und für die erste erfolgreiche Herstellung von Graphen erhielten die Wissenschaftler Andre Geim und Konstantin Novoselov 2010 den Nobelpreis für Physik. Seitdem finden Forscher immer wieder neue überraschende Einsatzmöglichkeiten für dieses Material. In der Halbleiterelektronik ermöglicht Graphen vielleicht in Zukunft die Datenübertragung mit sehr hoher Geschwindigkeit. Und an der ETH Zürich hat man kürzlich ein spezielles “Papier” aus Graphen entwickelt.

Das Hybrid-Nanokompositpapier aus Proteinfibrillen und Graphen nach der Trocknung durch Vakuumfiltration (Bild: Li et al. / Nature Nanotechnology 2012)

Viel interessanter ist aber eine weitere Eigenschaft des neuen Materials. Es kann die Aktivität von Enzymen messen. Ein Enzym, das auf das Papier aufgebracht wird, baut die Proteinfasern ab. Dadurch verändert sich die Leitfähigkeit des Materials und das kann gemessen werden. Man kann das Papier also in elektronische Schaltkreise einbauen und dann mit diesem Biosensor die Enzymaktivität auf eine ganz neue Art und Weise messen. Die Herstellung funktioniert so ähnlich wie bei echtem Papier. In Wasser gelöste Proteinfäden legen sich an das Graphen und stabilisieren die dünnen Plättchen. Das Nanopapier wird schließlich aus dem Wasser gefiltert und getrocknet. Je nachdem welche Proteine verwendet werden, erhält das fertige Nanopapier unterschiedliche Eigenschaften.

Schon seit 1991 bekannt ist ein anderes außergewöhnliches Material aus Kohlenstoff: Die Kohlenstoffnanoröhren. Das sind röhrenförmige Gebilde aus Kohlenstoff, deren Durchmesser nur einige Nanometer beträgt. Bei einer geringen Dichte haben die Kohlenstoffnanoröhren eine sehr hohe Zugfestigkeit und sind daher ein viel versprechender Werkstoff. Die Röhren können vielleicht irgendwann den Bau eines Weltraumlifts ermöglichen. Um die dafür nötigen hunderte Kilometer langen Kabel herzustellen, benötigt man leichte und zugfeste Materialien wie Kohlenstoff-Nanoröhren. Derzeit kommt das Material aber hauptsächlich als halbleitendes Bauteil in der Elektronik zum Einsatz. Die Röhren werden auch zur Verbesserung der Eigenschaften von Kunststoff verwendet (man hat zum Beispiel Tennisschläger aus einer Kunststoff-Kohlenstoff-Nanoröhren-Mischung hergestellt).

Modell einer Kohlenstoffnanoröhre (Bild: Schwarzm, CC-BY-SA 3.0)

Es wird wohl nicht mehr lange dauern, bis der Kohlenstoff für unsere Industrie genau so wichtig wird wie für unseren Körper…

Magnetresonaztomograph (Bild: KasugaHuang, CC-BY-SA 3.0)

Glücklicherweise kann Hunden die verschiedensten Dinge beibringen. Der Neurowissenschaftler Gregory Burns von der Emory Universität in den USA sah, wie Hunde in der Armee ausgebildet wurden. Dort lernten sie zum Beispiel, aus einem Hubschrauber zu springen. Wenn Hunde das können, dachte sich Burns, dann kann man sie auch trainieren, ruhig in einem Magnetresonanztomograph zu liegen. Er und seine Kollegen bildeten also zwei Hunde aus. Einen zweijährigen Jagdhund und einen dreijährigen Border Collie. Zuerst wurden den Tieren simple Gesten beigebracht. Ein bestimmtes Handsignal bedeutete, dass der Hund eine Leckerei bekommen würde. Ein anderes Signal zeigte ihm an, dass er jetzt nichts zu Fressen bekommt. Danach wurden die Hunde an den Magnetresonanztomographen gewöhnt. Da das Gerät während des Scans sehr laut ist, mussten die Hunde besondere Ohrenschützer tragen, damit ihr Gehör keinen Schaden nimmt.

Aktivität im Gehirn eines Hundes (Bild: Burns et al 2012, http://ssrn.com/abstract=2047085)

Was die Wissenschaftler und die Hunde ihre Arbeit erledigt haben, zeigt dieses Video der Emory Universität:

Für Gregory Burns sind Hunde ganz besondere Tiere. Sie haben sich zehntausende Jahre gemeinsam mit dem Menschen entwickelt.

“Das Gehirn eines Hundes repräsentiert die spezielle Art, wie Menschen und Hunde zusammen gekommen sind. Es ist sogar möglich, dass Hunde die menschliche Evolution beeinflusst haben. Menschen, die Hunde in ihr Zuhause und ihre Dörfer mitgenommen haben, hatten vielleicht bestimmte Vorteile. So sehr wie wir die Hunde erschaffen haben, haben die Hunde vielleicht auch einen Teil von uns Menschen erschaffen,”

meint Burns und verspricht sich daher sehr viel von der Untersuchung der Gehirnaktivität der Hunde. In Zukunft werden wir vielleicht herausfinden wie uns die Hunde wirklich sehen. Als Freund? Als Dosenöffner? Als komisches, zweibeiniges Mitglied des Rudels? Oder als etwas ganz anderes? Und wir werden wissen, ob der Hund wirklich jedes Wort versteht, das man zu ihm sagt…

Aber warum hat die Natur den Eisbären dann auch weiß eingefärbt und nicht schwarz? Gerade der Eisbär, ein riesiges, bis zu 800 Kilogramm schweres Tier mit dem gefühlten Energiebedarf einer Kleinstadt (grober Schätzwert), könnte doch jedes Sonnenphoton gebrauchen, das sich am Fell in Wärme wandelt. Auf der anderen Seite ist der Lebensraum des Eisbären der Nordpol, wo er darauf angewiesen ist, seinen großen Hunger auch durch die Robbenjagd zu stillen. Der Nordpol jedoch ist ein relativ weißes Unterfangen, wo ein dunkelschwarz gefärbter und so sonnenenergieoptimierter Eisbär sich zum heimlichen Anschleichen an eine Robbe so gut eignen würde wie eine Neonreklame. Ein schwarzer Eisbär würde wohl verhungern. Sonnengewärmt zwar, aber robbenlos.

Es zeigt sich, dass die Natur im Umgang mit sich selbst doch noch ein wenig cleverer ist als der Mensch. Denn die Eisbärenhaare scheinen uns nur weißfarbig zu sein, in Wirklichkeit sind sie: durchsichtig. Nur durch die Lichtstreuung wirken die Haare weiß. Ihre wichtigste Eigenschaft ist aber gar nicht die Farbe, sondern ihr Aufbau, denn Eisbärenhaare sind anders als das Ottonormalfell des Durchschnittsbürgers hohl. Dieser Hohlraum im Haar wirkt wie eine Lichtleitung direkt zur Eisbärenhaut – und Überraschung, die ist dunkel. Es sieht bloß niemand, also auch keine Robbe.

Dieser Effekt des Eisbärhaars, der nebenbei hundert Mal eleganter wirkt als bloß sein Auto, sein Boot oder sein

Haus weiß anzumalen, folgt dem Prinzip der so genannten Totalreflexion und lässt sich wissenschaftlich nutzen. Bei modernen Funktionstextilien, z.B. Outdoorjacken hat man das Eisbärenfellprinzip nachgebaut. Man stellt hohle Fasern her, verarbeitet sie zu Fliesen und näht sie dann in Jacken ein. Dadurch isolieren sie bei äußerst geringem Gewicht optimal und halten warm. Und es gibt auch schon textile Sonnenlicht Kollektoren, denen das Eisbärhaar als Vorbild dient. Dabei werden optisch aktive Fasern hergestellt, die das Licht ins Innere leiten; in der Fachsprache nennt man das auch “wave guiding.” Es basiert auf einem bereits seit längerem bekannten Konzept: Ein intelligentes Material, das genau wie das Eisbärenfell ein Maximum an unsichtbarem Licht in sichtbares Licht umwandelt und über den Hohlraum in der Faser gezielt weitertransportiert. So entsteht ein sehr, sehr effektives System zum Einsammeln von Wärmeenergie. Das Lichtwandler-Prinzip vom Fell bringt dem Bären übrigens noch mehr – er findet dadurch eisfreie Passagen im Meer. Da er die Intensität des gestreuten Lichts messen kann, spürt er die Unterschiede zwischen einer eisfreien Zone und einer stärker reflektierenden Eisscholle. Eine gewisse Größe ist schon angebracht, damit das natürliche Navi-System funktioniert.

Und es gibt noch mehr, das der Eisbär uns voraus hat. Auch von seinen Augen könnten wir uns etwas abgucken, das viel besser ist als eine Sonnenbrille. (Das ist einen eigenen Artikel wert!) Seine Augen-Membran schützt ihn nämlich ganz automatisch vor der UV-Strahlung. Bis wir so clever sind, all das nachzuahmen, was der Eisbär schon kann, werden wir wohl weiter Sonnenbrille tragen und Häuser weißeln.

Ziel der Arbeit war es allerdings nicht, einen “Signalfisch” zu entwickeln, der uns die Qualität von Badegewässern anzeigt. Das wird man auch in Zukunft sehr viel genauer und einfacher durch diverse chemische Verfahren und Indikatoren machen. Die Wissenschaftler aus Exeter wollten wissen, wie genau bestimmte Stoffe auf Organismen wirken. Im Wasser gibt es ja eine Vielzahl an chemischen Verbindungen, die für Lebewesen – inklusive uns Menschen – schädlich sind. Zum Beispiel sogenannte “Endokrine Disruptoren”. Das klingt gefährlich und ist es auch. Damit bezeichnet man Stoffe, die so wirken wie Hormone. Dadurch können sie den Hormonhaushalt stören. Ein Beispiel ist das berüchtigte Insektenvertilgungsmittel DDT, das heute aber glücklicherweise nicht mehr so häufig eingesetzt wird wie früher. Ganz im Gegensatz zu Weichmachern für PVC, die ebenfalls auf den Hormonhaushalt einwirken können. Am stärksten wirken aber die “Xenoestrogene” aus den Antibabypillen. Die gelangen über den Urin von Frauen, die die Pille nehmen, in die Gewässer und sammeln sich dort in den Fischen. Bei den betroffenen Tieren verkümmern die (männlichen) Geschlechtsorgane und die Qualität der Spermien wird negativ beeinflusst.

Auch bei den Menschen, der das belastete Wasser trinkt oder die belasteten Fische isst, können die endokrinen Disruptoren Probleme verursachen und man vermutet, dass sie hier ebenfalls die Qualität der Spermien beeinflussen, beziehungsweise Krebs auslösen können. Um herauszufinden, was genau passiert, muss man erst einmal besser verstehen, wie die Umweltgifte genau auf die Organismen einwirken. Ein erster Schritt in diese Richtung ist der leuchtende Fisch der Forscher aus Exeter. Sie haben einen Zebrafisch genetisch manipuliert und das sogenannte Grün-Fluoreszierende Protein (GFP) eingebaut. Es stammt ursprünglich aus einer Qualle und wie der Name schon sagt ist es für ein grünliches Leuchten verantwortlich (auch wenn es mittlerweile viele Variationen gibt, die in unterschiedlichen Farben leuchten). GFP ist nicht nur eine Spielerei der Genetiker sondern enorm wichtig für das Verständnis biologischer Vorgänge. Will man herausfinden, wie sich ein bestimmer Stoff im Körper verhält, muss man ihn nur mit GFP verbinden. Das GFP schädigt die Zellen nicht und kann daher als Marker auch bei lebendigen Organismen eingesetzt werden. Man braucht nur das grüne Leuchten zu verfolgen und weiß sofort, was los ist. GFP wurde schon bei vielen Organismen eingesetzt – zum Beispiel bei einem Hund.

Der leuchtende Zebrafisch (Bild: Universität Exeter)

Der leuchtende Zebrafisch erlaubt es den Wissenschaftlern nun, genau zuzusehen, wie die endokrinen Disruptoren wirken. Die Umweltgifte dienen hier als Schalter für das GFP. Ist der Fisch den schädlichen Stoffen ausgesetzt, dann beginnt er zu leuchten. Je nachdem wo sich im Fisch die Chemikalien ausbreiten, leuchtet er an unterschiedlichen Stellen auf. Bei ihren Untersuchungen fanden die Forscher aus Exeter, dass die endokrinen Disruptoren auch auf Körperteile Einfluss haben, von denen man das bisher nicht angenommen hatte. Bei den untersuchten Zebrafischen waren beispielsweise auch Auge und Skelettmuskel betroffen.

Zebrafische sind keine Menschen. Aber die Wissenschaftler sind optimistisch, dass diese Untersuchungen am Ende auch Auskunft darüber geben werden, wie schädlich die Chemikalien im Wasser für uns Menschen sind.

Corey J. Noone, Manuel Torrilhon und Alexander Mitsos haben untersucht (“Heliostat field optimization: A new computationally efficient model and biomimetic layout”) wie man die Spiegel eines Solarwärmekraftwerks am besten aufstellt. In so einem Kraftwerk wird Sonnenlicht in Energie umgewandelt. Allerdings nicht über Solarzellen oder Photovoltaikanlagen. Hunderte große Spiegel, die Heliostaten, bündeln das Licht der Sonne auf einen einzelnen Punkt, den sogenannten Absorber. Die dort gesammelte Wärme erzeugt dann Wasserdampf, der eine Turbine antreibt.

Das Solarwärmekraftwerk Solucar PS10 (Bild: Afloresm, CC-BY 2.0)

Bis jetzt existiert erst ein einziges kommerzielles Solarkraftwerk. Es steht in Sanlúcar la Mayor in der Nähe von Sevilla in Andalusien. 624 Spiegel mit einer Fläche von jeweils 120 Quadratmetern fokusieren das Licht der Sonne auf einen Absorber, der sich auf einem 115 Meter hohen Turm befindet. Die Anlage kann maximal 11 Megawatt erzeugen. Wie gut so ein Solarwärmekraftwerk funktioniert hängt natürlich stark davon ab, wie die Spiegel aufgestellt werden. Je näher sie am Turm stehen, desto effektiver kann die Energie transportiert werden. Aber zu nahe aneinander darf man die Spiegel auch nicht aufstellen, denn sonst blockieren sie sich gegenseitig.

Blütenstand einer Sonnenblume (Bild: Asia otus, CC-BY-SA 3.0)

Links: Konventionelle Anordnung der Heliostaten. Rechts: Anordnung basierend auf dem Vorbild der Sonnenblume (Bild: Noone et al., 2012, Solar Energy 86)

Bei ihrer Untersuchung der optimalen Aufstellung der Heliostaten für das Solarwärmekraftwerk in Andalusien sind die Wissenschaftler auch auf den goldenen Schnitt gestoßen und haben herausgefunden, dass sie die Anordnung der Spiegel optimieren können, wenn sie dabei der Anordnung der Blütenstände einer Sonnenblume folgen. Die Effizienz des Kraftwerkes wurde dabei um 0,36 Prozent erhöht, die für die Spiegel benötigte Bodenfläche konnte aber gleich um 15,8 Prozent gesenkt werden! Es lohnt sich also, bei der Natur genau hinzusehen!

In dieser netten Videoserie werden noch einmal genau die mathematischen Zusammenhänge zwischen der Biologie der Pflanzen und dem goldenen Schnitt erklärt:

Aber am 8. April 2012 brach der Kontakt mit dem Satelliten plötzlich ab. Eine Bodenstation des Europäischen Satellitenkontrollzentrums ESOC in Schweden wollte routinemäßig die neuesten Daten von Envisat aus dem All empfangen. Aber da war nichts. Envisat meldete sich nicht und konnte auch nicht von der Erde aus erreicht werden. Zuerst dachte man, dass der Satellit eventuell Opfer des Weltraummülls geworden war. Im Orbit um die Erde findet man mittlerweile jede Menge Schrott, und es kann durchaus vorkommen, dass zwei Objekte kollidieren. Am 10. Februar 2009 stieß beispielsweise ein noch funktionstüchtiger Iridium-Satellit mit einem ausrangierten russischen Kommunikationssatelliten zusammen. Beide wurden dabei zerstört.

Envisat ist allerdings recht groß und um ihn bei einer Kollision zu zerstören müsste auch das andere Objekt relativ groß gewesen sein. Das hätte man eigentlich bemerken müssen, denn die großen Schrottteile im All werden von der Erde aus überwacht. Zum Beispiel vom amerikanischen Space Surveillance System, das mit zwei Dutzend Teleskopen über 13.000 Weltraumtrümmer verfolgt. Wenn eines davon auf Kollisionskurs mit Envisat gewesen wäre, hätte man es gewußt und die Bahn des Satelliten korrigieren können, um der Kollision auszuweichen.

Auch am Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik (FHR) in Wachtberg verfolgt man den Weltraummüll. Hier wird eine Großradaranlage mit dem Namen TIRA (“Tracking and Imaging Radar”) betrieben. Damit lässt sich Weltraummüll nicht nur beobachten, sondern man kann auch Radarbilder von Satelliten machen. Das FHR hat Envisat gefunden und der Satellit sieht eigentlich noch ziemlich gut aus:

Envisat, gesehen mit dem TIRA-Radar des Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik (Bild: FHR)

Das bestätigen auch andere Aufnahmen, die vom französischen Satelliten Pléiades 1A gemacht wurden und der zufällig gerade in der Nähe von Envisat vorbei flog. Envisat scheint äußerlich noch völlig intakt zu sein; eine Kollision mit Weltraummüll ist unwahrscheinlich, insbesondere was große Schrottteile betrifft. Vielleicht war es auch nur ein ganz kleines Trümmerteil oder ein Mikrometeorit, der eine kritische Stelle des Satelliten getroffen hat. Solche kleinen Beschädigungen kann man von der Erde aus nicht erkennen. Die Zukunft sieht nicht gut aus für Envisat. Am ESOC hat man lange versucht, auf verschiedenste Art mit dem Satelliten Kontakt aufzunehmen – immer erfolglos.

Vom größten Erdbeobachtungssatelliten ist Envisat nun offensichtlich über Nacht selbst zu einem riesigen Stück Weltraummüll geworden. Er fliegt hoch genug, um in naher Zukunft der Erde nicht gefährlich zu werden. Frühestens in 100 Jahren wird sich seine Flughöhge so stark verringert haben, dass mit einem Absturz auf der Erde zu rechnen ist. Für die Wissenschaft ist der Verlust von Envisat tragisch. Während seiner knapp 50.000 Erdumrundungen hat er eine Unmenge an Daten gesammelt, die von 4.000 Forschungsprojekten in 70 Ländern genutzt wurden. Forschung, die durchaus für uns alle relevant ist. Die Daten von Envisat konnten beispielsweise zeigen, dass der internationale Schiffsverkehr mehr Schadstoffe produziert als sämtliche Flugzeuge auf der ganzen Welt. Ersatz für den Satelliten wird es so schnell nicht geben. Erst für nächstes Jahr ist der Start des ersten Satelliten der Sentinel-Flotte geplant. Insgesamt besteht das neue Global Monitoring for Environment and Security (GMES) Programm der ESA allerdings aus 5 Satelliten, von denen der letzte erst 2020 ins All gestartet wird. Bis dahin wird Envisat eine große Lücke bei der Erdbeobachtung hinterlassen…

Nur ein alter Koffer? Oder doch eine Bombe? (Bild: mattbuck, CC-BY-SA 3.0)

Professor Bernhard Lendl vom Institut für Chemische Technologien und Analytik und sein Team haben herausgefunden wie man chemische Substanzen aus einer Entfernung von bis zu hundert Metern analysieren kann. Dazu bedienen sie sich einer speziellen Methode, der sogenannten Raman-Spektroskopie. Hier wird ein Stoff mit monochromen Laserlicht bestrahlt. Dadurch kann Energie von den Photonen des Lasers auf die Moleküle übertragen werden. Das verändert die Art und Weise wie die Moleküle rotieren und schwingen. Weil das Licht Energie abgegeben hat, ändert sich nach der Streuung an den Molekülen seine Farbe. Und da die verschiedenen chemischen Elemente ganz unterschiedlich auf die Anregung durch das Laserlicht reagieren, unterscheidet sich auch das gestreute Licht je nachdem, welches Material man damit bestrahlt.

Dieser Raman-Effekt ist schon lange bekannt. 1928 konnte ihn der indischen Physiker Chandrasekhara Venkata Raman nachweisen. 1930 bekam er dafür den Nobelpreis. Seitdem wurde der Effekt in der Chemie und Physik vielfach verwendet. Mit der Raman-Spektroskopie lassen sich viele unterschiedliche chemische Stoffe identifizieren und analysieren. Das Problem ist dabei, dass das reflektierte Licht enorm schwach ist. Deswegen war es bisher auch immer nötig, die Probe aus unmittelbarer Nähe zu untersuchen – also etwas, das man beim Sprengstoff gern vermeiden möchte.

Bernhard Lendl und sein Team haben nun extrem hochempfindliche Licht-Sensoren mit einem starken Teleskop kombiniert und konnten so das von der Probe reflektierte Laserlicht auch noch in hundert Metern Entfernung detektieren. Und zwar so genau, dass die verschiedenen Stoffe immer noch identifieziert werden konnten. Man kann nicht nur herausfinden, ob eine Probe Sprengstoff enthält, sondern auch, um welche Art es sich handelt. Das Ganze funktioniert sogar, wenn der Sprengstoff verpackt ist. Denn das Laserlicht dringt auch ein wenig in das Innere des Behälters ein. Man bekommt dann zwar reflektiertes Licht von der Probe und dem Material aus dem der Behälter besteht. Aber auch hier haben die Wissenschaftler von der TU Wien eine Lösung gefunden. Der Laser ist stark fokusiert und der Bereich, in dem er auf den Behälter trifft, ist winzig. Wenn der Strahl die Wand durchdrungen hat, verbreitert er sich aber stark und der Bereich, in dem er auf die Probe dringt, ist wesentlich größer. Das reflektierte Licht vom Behälter kommt also nur aus einer kleinen Region während das reflektierte Licht der Probe aus einer viel größeren kommt. Richtet man nun den Lichtdetektor nicht direkt auf die Stelle, an der der Laser auf den Behälter trifft sondern etwas daneben, dann fängt man nur das reflektiere Licht der Probe auf.

Das Raman-Spektrometer sendet einen Laserstrahl aus, das vom untersuchten Objekt gestreute Licht wird durch einen Spiegel (links) fokussiert (Bild: TU Wien)

Kein Wunder, dass sich Militär, Sicherheits- und Zivilschutzeinrichtungen für diese Technik interessieren. Anstatt gefährliche Analysen in unmittelbarer Nähe durchführen zu müssen, reicht es vielleicht in Zukunft ein Gerät aus hundert Meter Entfernung auf ein Objekt zu richten, um herauszufinden, ob es gefährlich ist oder nicht. Aber nicht nur Sicherheitskontrollen könnten demnächst mit dieser Technik vereinfacht werden. Denn natürlich funktioniert die Methode nicht nur bei Sprengstoff sondern auch bei anderen chemischen Verbindungen. Geologen, Chemiker, Physiker, Biologen: Ihnen allen würden jede Menge Anwendungen für ein Gerät einfallen, mit dem sich aus der Entfernung die chemische Zusammensetzung eines Materials bestimmen lässt. Und wer weiß – vielleicht führt die zunehmende Miniaturisierung dazu, dass wir irgendwann in der Zukunft alle so ein Analysegerät in unser Handy eingebaut haben. Der Tricorder aus Star Trek lässt grüssen ;)