Als we aan lasers denken, heeft Hollywood een beeld geschetst van heldere, vegende stralen die door de leegte snijden. De realiteit is echter veel minder dramatisch.

In tegenstelling tot gewone lichtbronnen zenden lasers zichtbaar licht uit met een smalle, enkele golflengte, zodat elk foton in de straal bijna dezelfde kleur heeft. Door deze samenhang verschijnt een laserstraal als een geconcentreerde, coherente stroom die materialen kan snijden of verbranden. De term laser zelf is een acroniem voor ‘lichtversterking door gestimuleerde emissie van straling’, en beschrijft het proces waarbij aangeslagen atomen elektronen dwingen fotonen in fase uit te zenden.

Omdat de fotonen van een laser zo uniform zijn, zien we de straal meestal alleen als deze in wisselwerking staat met materie. Op aarde verspreiden stof-, mist- of wolkendeeltjes de fotonen, waardoor de onzichtbare stroom in een zichtbare streep verandert. Een draagbare laserpointer produceert bijvoorbeeld slechts een kleine rode stip omdat de output te zwak is om onder normale luchtomstandigheden een zichtbare pluim te genereren.

Zichtbare stralen zijn het resultaat van verstrooiing in de atmosfeer

In 2022 werd boven de Atlantische Oceaan een reeks groene laserflitsen op video vastgelegd. De bron bleek een NASA-satelliet te zijn, ontworpen om ijskappen en landtopografie in kaart te brengen. De stralen waren alleen zichtbaar als wolken het licht verstrooiden, waardoor de lasers als vluchtige groene strepen in de lucht verschenen. Dit incident illustreert dat laserstralen atmosferische deeltjes nodig hebben om zichtbaar te worden; anders blijft het licht onzichtbaar voor het blote oog.

De ruimte is te leeg voor zichtbare laserstralen

Buiten de atmosfeer van de aarde – zo’n 650 kilometer boven het oppervlak – heerst in de ruimte een bijna perfect vacuüm. Het interplanetaire medium bevat ongeveer één atoom per kubieke meter, een dichtheid die onvoldoende is om laserfotonen te verstrooien of te breken in een zichtbare straal. Daarom de iconische fasers van Star Trek of het enorme laserduel in Moonraker zou onzichtbaar lijken als het zich in de open leegte van de ruimte zou bevinden.

Er zijn echter speciale omgevingen waarin een laser waarneembaar kan worden. In gebieden met veel stof of plasma kunnen verspreide fotonen een zwakke gloed creëren, maar dergelijke omstandigheden zijn zeldzaam in de uitgestrektheid van de ruimte.

Een enorme sprong voorwaarts in vacuümzicht

In 2021 demonstreerden onderzoekers van de Universiteit van Bonn een methode om laserstralen zelfs in een vacuüm zichtbaar te maken. Gepubliceerd in Fysieke beoordeling toegepast maakt de techniek gebruik van speciaal ontworpen verstrooiers om een detecteerbaar signaal te produceren, een doorbraak die de laseruitlijning voor kwantumcomputers zou kunnen verbeteren. Hoewel dit zich niet vertaalt in de filmische ‘laserdans’ die je in films ziet, betekent het wel een aanzienlijke vooruitgang in ons begrip van de voortplanting van licht in omgevingen met een lage dichtheid.

Kortom, Hollywood’s weergave van laserstralen in de ruimte is een visuele overdrijving. De fysica van laseremissie, gecombineerd met het bijna-vacuüm van de interstellaire ruimte, betekent dat de iconische stralen die we op het scherm zien onzichtbaar zijn voor waarnemers buiten de atmosfeer van de aarde.