23.06.2016
Grundlagen der Laserstreuung - eine Einführung
Dr. Günther Crolly , FRITSCH GmbH
In den zwanziger Jahren des vergangenen Jahrhunderts entdeckte der Schweizer Astronom R.J. Tümpler, dass weit entfernte Sternhaufen dunkler erschienen, als es aufgrund ihrer Entfernung zu erwarten war. Er schloss daraus, dass ein Teil des Sternlichtes auf dem Weg zu unserer Erde verloren geht. Wenige Jahre später beobachtete der amerikanische Astronom E.P. Hubble, dass die durchschnittliche Zahl von sichtbaren Galaxien in der Richtung zum Zentrum unserer Milchstraße im Sternbild Schütze deutlich geringer ist, als wenn man beispielsweise in Richtung des Großen Wagens blickt. Neben hell leuchtenden Gaswolken, überwiegend bestehend aus Wasserstoff, findet man in der sogenannten galaktischen Ebene auch zahlreiche dunkle Bereiche, die das von dahinter liegenden Objekten kommende Licht fast vollständig verschlucken. Der interstellare Staub war entdeckt.
Interstellarer Staub besteht aus meist sehr kleinen Partikeln - ihr typischer Durchmesser liegt zwischen 0,1 und 1 µm - die das Sternenlicht streuen und absorbieren. Da sich diese Partikel nicht mit alternativen Verfahren wie beispielsweise der Elektronenmikroskopie untersuchen lassen, war und ist die Anwendung der Lichtstreutheorie für Astronomen bei der Erforschung von interstellarem oder auch interplanetarem Staub von großer Bedeutung.
Im Labor, gewissermaßen für irdische Anwendungen, sind die Verhältnisse etwas einfacher. Oder man sollte vielleicht besser sagen: Die Herausforderungen sind andere. Der optische Aufbau des Gesamtsystems lässt sich hier natürlich den Erfordernissen anpassen und man weiß meistens mehr über das untersuchte Probenmaterial als im Fall der Weltall-Partikel. Sternenlicht mit seinem breiten Wellenlängenspektrum kann durch monochromatisches Laserlicht ersetzt werden und die chemische Zusammensetzung des Probenmaterials ist oft gut bekannt. Dafür treten neue Schwierigkeiten auf, vor allem bei der geeigneten Präparation des zu messenden Partikelkollektivs. Doch eins nach dem andern. Fangen wir mit dem prinzipiellen Aufbau eines geeigneten Geräts zur Messung der Partikelgrößenverteilung mit Hilfe der Laserstreuung an.