Doch nicht nur wenn es um ganz kleine Maßstäbe geht, ist der Laser ein wertvolles Hilfsmittel um Unbekanntes zu erforschen. In der Umweltforschung und -überwachung ist der Laser ein wichtiges Werkzeug, wenn es darum geht die Zusammenhänge in der Natur zu verstehen oder Verschmutzungen in größerem Ausmaß aufzudecken. Fernerkundungsinstrumente, die mit Hilfe eines Lasers ihre Umgebung analysieren, werden als LIDAR bezeichnet. Die Abkürzung bedeutet ausgeschrieben: Light Detection and Ranging. Geowissenschaftler nutzen LIDAR um die Zusammensetzung der Atmosphäre oder des Ozeans zu erkunden. Dabei kann es sein, dass der Laser in einem Flugzeug oder von einem Satelliten aus zum Einsatz kommt. Das Prinzip dabei ist einfach: Ein Laser sendet Pulse aus. Diese werden entweder von einer Wasserfläche oder der Erdatmosphäre teilweise zurückgeworfen. Reflektiert wird das Licht von Molekülen oder von Schwebeteilchen. Aus diesem Anteil ziehen die Forscher Rückschlüsse über die Zusammensetzung der untersuchten Stelle.

Mit einem LIDAR kann man auch die fluoreszierenden Eigenschaften vieler Stoffe ausnützen. Fluoreszierende Stoffe nehmen das Laserlicht auf und senden dann wieder selbst Licht aus, das meist aus einer anderen Wellenlänge besteht als die ursprüngliche Strahlung. Der Farbstoff „Chlorophyll a“ zum Beispiel, kommt in kleinen Algen vor. Es emittiert nach Bestrahlung mit einem Laser Licht im roten Spektralbereich. Ebenso kann man über Fluoreszenz wasserlösliche, organische Stoffe aus Böden, so genannte Huminstoffe, detektieren. Diese entstehen bei der Verrottung von Pflanzen auf dem Festland. Sie werden mit den Flüssen in das Meer transportiert. Die Huminstoffe absorbieren Licht im ultravioletten und blauen Spektrum und senden Licht aus, das sich über den ganzen sichtbaren Bereich erstreckt.

Sterne auf der Erde

Der leistungsfähigste Laser der Welt steht in der Nähe von San Franzisco, in der "National Ignition Facility" (NIF). Das Gebäude, in dem der Laser untergebracht ist, ist rund drei Fußballfelder groß. Mit diesem Lasersystem erzeugen die Forscher höhere Temperaturen als sie im Zentrum von Sternen vorkommen. Die Forscher untersuchen damit das Kraftwerk der Sonne und arbeiten darauf hin, diese geballten Energien vielleicht eines Tages auf der Erde zur Stromerzeugung einzusetzen.

In Sternen, wie auch unsere Sonne einer ist, laufen Kernfusionen ab. Dabei wird Wasserstoff zu Helium verschmolzen und Energie freigesetzt. Diese Energie sorgt dafür, dass die Sterne brennen und Licht aussenden.

Der Mensch möchte dieses System auch auf der Erde zur Energiegewinnung verwenden. Ziel der Fusionsforschung ist es, die Wasserstoffsorten Deuterium und Tritium zu verschmelzen. Dabei entsteht ein Helium-Kern, ein Neutron und zudem große Mengen nutzbarer Energie: Ein Gramm des Brennstoffs könnte in einem Kraftwerk 90.000 Kilowattstunden Energie erzeugen – die Verbrennungswärme von elf Tonnen Kohle.

Doch bei dieser Kernfusion unter irdischen Verhältnissen gibt es ein Problem: damit die Reaktion in Gang kommt und permanent abläuft, braucht es extreme Bedingungen, einen gigantischen Druck und heiße Temperaturen. Und diese herrschen eben nur in der Sonne.

Doch wir können auf der Erde die technischen Voraussetzungen dazu schaffen. Der NIF-Laser hilft bei der Zündung des Feuers. An der National Ignition Facility positionieren die Physiker ein Weizenkorn-großes Kügelchen gefrorenen Wasserstoffs in einem kleinen Goldzylinder. Dieser wird gleichzeitig von 192 Laserkanonen bestrahlt – mit einer Gesamtleistung von etwa 500 Terawatt! Das entspricht fünf Billionen 100-Watt-Glühbirnen. Die durchschnittliche Leistung des Stromverbrauchs auf der Erde ist rund 30mal geringer. Allerdings dauert der Lichtblitz nur milliardstel Bruchteile einer Sekunde. Er erhitzt die Wasserstoffatome auf rund 100 Millionen Grad Celsius. Das genügt um die Kernfusion zu zünden, denn bei diesen Temperaturen überwinden Wasserstoffatome ihre abstoßenden Kräfte, sie verschmelzen zu Helium, die überschüssige Masse wandelt sich um in Energie. Doch anschließend die Kernfusion längere Zeit aufrecht zu erhalten und noch dazu Energie daraus zu gewinnen ist bis heute nicht möglich.