Wasserdampf ist das effektivste Treibhausgas in der Erdatmosphäre. Eine bessere Kenntnis der Lichtfrequenzen, die der Wasserdampf von der einfallenden Sonnenstrahlung und der von der Erde abgestrahlten Wärmestrahlung aufnimmt, würde den Klimaforschern zu genaueren Klimamodellen verhelfen. Thomas Rizzo von der École Polytechnique Fédérale de Lausanne ist es jetzt zusammen mit Kollegen gelungen, das Absorptionsverhalten des Wassers genauer zu bestimmen. Die Forscher präsentieren ihr Ergebnis im Fachmagazin Science (Bd. 297, S. 993).
Wie alle Atome und Moleküle filtert das Wassermolekül nur ganz bestimmte Frequenzen aus dem Lichtspektrum heraus. Das liegt daran, dass die Photonen ? die Lichtteilchen ? abhängig von ihrer Frequenz eine bestimmte Energie haben. Ein Atom kann das Photon mit seiner Energie nur dann aufnehmen, wenn der Energiewert exakt der Energie entspricht, die ein Elektron des Atoms braucht, um auf eine höhere Bahn zu gelangen. Deshalb hat jedes Atom einen eindeutigen, aus mehreren Spektrallinien bestehenden “Fingerabdruck”.
Aus mehreren Atomen bestehende Moleküle haben darüber hinaus weitere Absorptionslinien. Diese entstehen, wenn die chemischen Bindungen zwischen zwei Atomen “angeregt” werden. Auch hierbei können nur ganz bestimmte Energiewerte aufgenommen werden.
Zwischen den Intensitäten der Anregungslinien und dem so genannten Dipolmoment eines Moleküls gibt es einen Zusammenhang. Das Dipolmoment ist ein Maß für die Ungleichverteilung der elektrischen Ladungen in einem Molekül. Dieses Dipolmoment haben Rizzo und seine Kollegen nun gemessen, indem sie Wasserdampf in ein elektrisches Feld verbracht haben. Dabei spalten sich bestimmte Absorptionslinien aufgrund des so genannten Stark-Effektes in mehrere Linien auf.
Die Messung der Forscher zeigt, dass die bisherigen theoretischen Berechnungen die Intensität der Spektrallinien um bis zu zehn Prozent falsch angegeben haben. “Da ist Platz für Verbesserungen”, so kommentiert Peter Bernath von der Universität von Waterloo im kanadischen Ontario das Ergebnis seiner Kollegen.
Axel Tillemans
