Künstliche Sterne können Astronomen erzeugen, indem sie einen Laserstrahl von der Erde in die Atmosphäre richten. In der Mesosphäre, die 85 bis 100 Kilometer über der Erdoberfläche liegt, befindet sich eine Natriumschicht, eine Ansammlung von Natriumatomen. Diese absorbieren das Licht des Lasers und leuchten. „Die Atome scheinen in alle Richtungen. Von der Erde aus kann man die künstlichen Sterne allerdings nur mit Teleskopen erkennen, nicht mit dem bloßen Auge“, sagt der Astronom Felipe Pedreros Bustos von der Universität Mainz. Schon seit über 20 Jahren werden künstliche Sterne erzeugt, um die Bildqualität von Teleskopen zu verbessern. So fangen die Teleskope des Observatoriums auf La Palma das Licht der künstlichen Leitsterne auf. Astronomen nutzen die Daten, um die Teleskope so auszurichten, dass sie Bilder von Himmelskörpern wie Monden oder Asteroiden optimal aufzeichnen.
Vermessung des Erdmagnetfelds
Vor etwa sieben Jahren entstand die Idee, mithilfe der künstlichen Sterne das Erdmagnetfeld zu vermessen. Das funktioniert ähnlich wie die Optimierung von Teleskopen: Eine Lasereinheit der Europäischen Südsternwarte (ESO) nahe des Observatoriums lenkt einen Laserstrahl in die Natriumschicht. Die Atome werden angeregt und beginnen, zu leuchten. Dabei werden sie auch spinpolarisiert – das heißt, sie rotieren gerichtet. Man muss sich das so vorstellen: Auf einer Tischplatte lässt man zahlreiche Kreisel tanzen. Dabei kippen sich die Kreisel zur Seite und drehen sich weiter. Grund für das Kippen der Kreisel bzw. der Atome ist das Magnetfeld, dessen Kräfte auf sie wirken. Diese Rotationsbewegung in schräger Position nennen Forscher Präzession. Wenn nun die Frequenz des Laserlichts mit der Präzessionsfrequenz des Natriums übereinstimmt, erstrahlt der künstliche Stern am hellsten. Das beobachtete Bustos mit seinem Team vom Observatorium aus. „Weil die Präzessionsfrequenz proportional zur Stärke des Magnetfelds ist, können wir mit dieser Methode das Erdmagnetfeld vermessen.“
Bisher wurde das Erdmagnetfeld von Satelliten im Weltraum oder im Labor untersucht. Durch die neue Technik können Forscher nun die schwer zugängliche Mesosphäre von der Erde aus betrachten. In Zukunft wollen sie anhand der künstlichen Sterne das Weltraumwetter beobachten und elektrische Ströme in der Atmosphäre verfolgen.
Das Team veröffentlichte seine Ergebnisse in der Fachzeitschrift Nature Communications.
