Das Coupled Dark State Magnetometer (CDSM) ist ein neuartiges Skalarmagnetometer,
das auf dem Prinzip der Zweiphotonen-Spektroskopie von freien Alkaliatomen
basiert. Der verwendete quantenmechanische Coherent Population Trapping (CPT)
Effekt führt zu sehr schmalen optischen Linienbreiten und ermöglicht eine präzise
Bestimmung des Magnetfelds anhand der Zeeman-Verschiebung von Energieniveaus
der angeregten Atome. Systematische Fehler, wie sie bei Magnetometern basiered auf
der Auswertung einzelner CPT-Resonanzen auftreten, werden beim CDSM durch die
gleichzeitige Verwendung mehrerer optischer Resonanzen aufgehoben oder zumindest
minimiert.
Das Messprinzip wurde 2007 von Dr. Roland Lammegger, Wissenschafter am Institut
für Experimentalphysik der TU Graz, entdeckt und patentiert. Im selben Jahr
startete die Zusammenarbeit mit dem Institut für Weltraumforschung der Österreichischen
Akademie der Wissenschaften, um das Messprinzip für Weltraumanwendungen
zu evaluieren und einen ersten Prototyp aufzubauen.
Das CDSM wurde bereits für die Electro-Magnetic Satellite (EMS) Mission der chinesischen
Weltraumorganisation CNSA ausgewählt. Die Mission stellt für das CDSM-Team
eine gute Möglichkeit dar, das Messprinzip und das entwickelte Instrument zum ersten
Mal im Weltraum zu erproben. Darüber hinaus wird das Instrument derzeit von
der europäischen Weltraumbehörde ESA für den Einsatz auf der Jupiter Icy Moon Explorer
Mission evaluiert, bei der das Jupitersystem und insbesondere dessen Monde
Ganymede, Callisto und Europa untersucht werden.
Die in der Präsentation vorgestellte Entwicklung entspricht einer Anhebung des Reifegrads
der Technologie für die EMS-Mission von Stufe 1 (Beschreibung des Funktionsprinzips)
auf 5 (Versuchsaufbau zum Test in simulierter Einsatzumgebung wie zum
Beispiel Vakuum und Strahlung).
Das neue Magnetometer hat durch seine Messgenauigkeit, den weiten Dynamikbereich
und den relativ einfachen Aufbau auch eine hohes Potential für erdgebundene,
kommerzielle Anwendungen in der Geowissenschaft. Erdbebenforschung, Archäologie,
Mineralien- und Erdölerkundung können hier an erster Stelle genannt werden.
Der für den Weltraumeinsatz entwickelte Prototyp kommt einem serienfähigen Instrument
für die Anwendung auf der Erde bereits sehr nahe.
|