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Durchbruch in der Forschung: Erster Traktorstrahl kann größere Objekte bewegen

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Von: Pamela Dörhöfer

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In diesem Moment wussten die Helden aus dem ersten Star Wars Film, dass sie der Traktorstrahl des Todessterns erfasst hatte.
In diesem Moment wussten die Helden aus dem ersten Star Wars Film, dass sie der Traktorstrahl des Todessterns erfasst hatte. © imago

Forschenden aus China gelingt ein Durchbruch bei der Realisierung einer Technologie aus der Science Fiction, wie sie aus Star Trek und Star Wars bekannt ist.

Frankfurt – Für Fans von Star Trek oder Star Wars gehört der Traktorstrahl zur Standardausrüstung jedes ordentlichen Raumschiffs. Sehr praktisch zum Beispiel, um havarierte oder gekaperte Gefährte im All abzuschleppen. Bereits in den frühen 1930er Jahren träumte Edward E. Smith in seinem Buch „Triplanetary“ von einem solchen System, das ähnlich wie ein Abschleppseil funktioniert, nur eben ohne Seil und Berührung.

Wie bei anderen Techniken der Science Fiction versucht die Wissenschaft auch im Falle des Traktorstrahls, in die Realität umzusetzen, was bislang nur in Filmen und Romanen möglich ist. Doch die Ergebnisse waren bislang eher bescheiden. Einen ersten Erfolg erzielte 2010 ein australisches Team mit der Entwicklung eines Lasers, der einzelne winzige Partikel in einer Glasröhre transportieren konnte, indem er die Luft um sie herum erhitzte.

Traktorstrahl: Chinesische Forschende vermelden Durchbruch

Bei Objekten, die über die Dimensionen des Mikroskopischen hinausgehen, scheiterte der Traktorstrahl bislang indes. Nun aber vermeldet ein chinesisches Forschungsteam der Qingdao University of Science and Technology einen Durchbruch beim berührungslosen Bewegen größerer Objekte durch Licht (wenngleich deren Maße von einem abzuschleppenden Raumschiff natürlich noch sehr weit entfernt sind). Ihre Erkenntnisse haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Optics Express veröffentlicht.

Die Forschenden beschreiben darin, wie es ihnen gelungen ist, mit Hilfe eines optischen Traktorstrahls makroskopische – mit bloßem Auge erkennbare – Objekte zu ziehen. Sie verwendeten dafür einen Laserstrahl. Im mikroskopischen Bereich – etwa bei Zellen oder Atomen – werden solche optischen „Pinzetten“ bereits eingesetzt, um etwas zu halten oder zu manipulieren.

Auch das Raumschiff Enterprise verfügt selbstverständlich über einen Traktorstrahl. Photo by CBS Photo Archive/Getty Images
Auch das Raumschiff Enterprise verfügt selbstverständlich über einen Traktorstrahl. Photo by CBS Photo Archive/Getty Images © getty

Bisher sei die „Lichtzugkraft“ jedoch zu klein gewesen, um ein größeres Objekt zu ziehen, wird Studienautor Lei Wang vom chinesischen Forschungsteam im Fachmagazin „Optics Express“ zitiert. „Bei unserem neuen Ansatz hat die Zugkraft eine viel größere Amplitude. Tatsächlich ist sie mehr als drei Größenordnungen größer als der Lichtdruck, der zum Antrieb eines Sonnensegels verwendet wird, das den Impuls von Photonen nutzt, um eine kleine Schubkraft auszuüben.“

Und so funktioniert der neue Traktorstrahl: Die Forschenden schufen für ihren Versuch eine Umgebung mit verdünntem Gas, deren Druck wesentlich niedriger ist als der normale atmosphärische Druck. Die Gasumgebung ähnele der auf dem Mars, erklärt Lei Wang: „Daher könnte unsere Technik das Potenzial haben, eines Tages Fahrzeuge oder Flugzeuge auf dem Mars zu bewegen.“

Graphen gilt als Stoff der Zukunft

In diesem Versuchsumfeld befestigte das Team ein fünf Zentimeter langes Drehpendel. Dabei handelte es sich um eine von den Forschenden eigens entwickelte Graphen-Verbundstruktur. Zur Erklärung: Graphen besteht aus einer hauchdünnen Schicht aus Kohlenstoffatomen, die zu einem Muster angeordnet sind, das einer Bienenwabe ähnelt. Es gilt als Stoff der Zukunft. Richteten die Forschenden nun einen Laser auf dieses Pendel, so bewegte es sich in Richtung der Lichtquelle.

Dass das gelang, hat auch mit dem speziellen Material zu tun, das für einen umgekehrten Temperaturunterschied sorgt. Das heißt: Die dem Laser abgewandte Seite des Pendels wird heißer als die Vorderseite. Auf diese Weise erhalten Gasmoleküle auf der Rückseite mehr Energie und drücken das Pendel Richtung Licht. In Kombination mit dem niedrigen Luftdruck in der verdünnten Gasumgebung entsteht so eine Zugkraft, die stark genug ist, um größere Objekte zu bewegen – so, dass es mit bloßem Auge zu beobachten ist.

Neues zu den Mars-Rovern

Kein Lebenszeichen von „Zhurong“ – Sandstürme toben auf dem Mars. Der Mars-Rover „Curiosity“ macht dagegen einen „unglaublichen“ Fund.

Die Forschenden betonen, dass es noch zu früh sei, ihre Technik in der Praxis einzusetzen. Ihre Arbeit zeige aber, dass eine „flexible Lichtmanipulation eines makroskopischen Objekts möglich ist, wenn die Wechselwirkungen zwischen Licht, Objekt und Medium sorgfältig gesteuert werden“, wie Lei Wang erklärt. Den möglichen Einsatz eines Traktorstrahls in der echten und nicht nur der fiktiven Raumfahrt bringt nicht allein der chinesische Forscher ins Spiel. Auch die US-Raumfahrtbehörde Nasa arbeitet seit längerem daran, einen Traktorstrahl zu entwickeln, um Proben aus dem Weltraum, etwa von Asteroiden, sammeln zu können. (pam)

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