Die ESA-Sonde "Juice" ist zu den Jupitermonden unterwegs und hat einen hochpräzisen Sensor aus Österreich an Bord. Dieser soll detaillierte Messungen durchführen, um die Eismonde, die unterirdische Salzmeere beherbergen könnten, zu untersuchen. Forschende aus Graz haben einen hochpräzisen Sensor entwickelt, der mithilfe der Quantenphysik kleinste Magnetfelder erfassen kann und beim Aufspüren von Wasser helfen soll. Die Technologie dahinter wird schon wieder weiterentwickelt.

Magnetfelder gibt es überall im Sonnensystem. Sie werden von jedem Medium, das sie durchqueren - Gestein, Wasser oder Plasma - beeinflusst und können so Auskunft über die Beschaffenheit von untersuchten Himmelskörpern geben. Im Rahmen von "Juice" will man mit der Magnetfeldmessung Einblick in die Eismonde des Gasriesen erhalten. Der vom Team um Roland Lammegger an der TU Graz entwickelte Sensor mit dem Namen CDSM (Coupled Dark State Magnetometer) nutzt die Quantenphysik, um Magnetfelder um ein Vielfaches genauer zu messen als seine klassischen Vorgänger.

Präzissionssensor misst Magnetfelder ohne Nachjustierung

Die Technik basiert auf einem Gas aus Rubidiumatomen, das von präzise eingestellten Laserstrahlen bestrahlt wird. Diese versetzen die Atome in spezielle Zustände, wodurch sich die Lichtdurchlässigkeit des Gases verändert. Je nach Magnetfeldstärke und -richtung entstehen unterschiedliche Lichtmuster, das sogenannte Absorptionsspektrum. Aus diesem Muster können die Forscher selbst kleinste Magnetfelder erkennen.

Anders als frühere Modelle benötigt der Sensor, der bereits auf dem Weg zu Jupiter und seinen Monden ist, keine ständige Nachjustierung und kann über Wochen hinweg Magnetfelder bestimmen. Das Team um Lammegger arbeitet aber bereits daran, den Sensor weiterzuentwickeln, wie der FWF am Montag mitteilte.

In dem vom FWF geförderten Projekt "Ein optischer 3D-Quantensensor für Magnetfelder" soll der Sensor künftig nicht nur die Stärke, sondern auch die genaue Richtung der Magnetfelder messen können. "Bisher ist dieses Quanteninterferenzmagnetometer ein sogenanntes skalares Magnetometer. Das misst im Prinzip 'nur' die Stärke des Magnetfeldes. Wir wollen daraus jetzt einen Kompass bauen, der die Richtung und die Stärke angibt", erklärte Lammegger. Diese Technologie könnte in Zukunft mehrere Messgeräte ersetzen und so die Raumfahrttechnik effizienter gestalten. Das Projekt wird vom Wissenschaftsfonds FWF mit mehr als 150.000 Euro gefördert.

Service - Ellmeier M., Betzler A., Amtmann Ch. et al.: Lower magnetic field measurement limit of the coupled dark state magnetometer, in: Measurement Science and Technology 2024, https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6501/ad6623