Ein astronomisches Bild, das durch die von den Satelliten der Starlink-Megakonstellation von SpaceX verursachten Spuren beeinträchtigt wird (Bildnachweis: Victoria Girgis/Lowell Observatory)
Die Konzentration von ozonschädigenden Aluminiumoxiden in der Erdatmosphäre könnte in den kommenden Jahrzehnten um 650 % ansteigen, da immer mehr ausgediente Satelliten beim Wiedereintritt in die Atmosphäre verglühen, so das Ergebnis einer erstmalig durchgeführten Studie. Und da Satelliten-Megastellungen weiterhin das Interesse privater Unternehmen wecken, könnte dies eine ziemlich schlechte Nachricht für den Schutzschild unseres Planeten, die Ozonschicht, sein.
Die Autoren der Studie sagen, dass steigende Konzentrationen von satellitenbedingten Schadstoffen einen „potenziell signifikanten“ Ozonabbau verursachen und damit die langsame und stetige Erholung der Ozonschicht vereiteln könnten.
Die Ozonschicht muss sich in erster Linie erholen, weil sich in den 1980er Jahren über der Antarktis ein Loch in dieser Schicht gebildet hat, das auf die Verwendung chlor- und fluorhaltiger Gase in Kühlmitteln und Aerosolsprays zurückzuführen ist. Das Loch ist jedoch dank des Montrealer Protokolls, mit dem diese Stoffe 1987 verboten wurden, wieder geschlossen worden. Doch wenn die neue Studie des Teams richtig ist, könnte dieser Heilungsprozess bald auf ein großes Hindernis stoßen, und zwar wegen einer neuen, vom Menschen verursachten Bedrohung: den Megakonstellationen. Kurz gesagt, Megakonstellationen sind Konglomerate von Hunderten (manchmal Tausenden) einzelner Satelliten, die zusammenarbeiten.
In den letzten Jahren haben Wissenschaftler begonnen, ihre Besorgnis über die zunehmende Zahl von Satelliten zu äußern, die in der Erdatmosphäre verglühen. Die Gehäuse von Satelliten bestehen aus Aluminium, bei dessen Verbrennung ozonzerstörende Aluminiumoxide entstehen. Die neue Studie, die von Forschern der University of Southern California (USC) in Los Angeles durchgeführt wurde, ist die erste, die die Entstehung dieser Schadstoffe in der Atmosphäre modelliert und die Entwicklung ihrer Konzentrationen auf der Grundlage der prognostizierten Vermehrung von Satelliten abschätzt.
„In dieser Studie wurde eine Molekulardynamiksimulation auf atomarer Ebene verwendet, um die Menge an Aluminiumoxid zu quantifizieren, die beim Wiedereintritt eines Modellsatelliten erzeugt wird, und dann wurde die Anzahl der wieder eintretenden Satelliten, die für Satelliten-Megakonstellationen geplant sind, verwendet, um die Menge an Aluminiumoxid vorherzusagen, die in der Zukunft erzeugt werden wird“, sagte Joseph Wang, Professor für Raumfahrttechnik sowie Luft- und Raumfahrttechnik und Maschinenbau an der USC und korrespondierender Autor der Studie, gegenüber kosmischeweiten.de.
Die Forscher fanden heraus, dass im Jahr 2022 etwa 332 Tonnen alter Satelliten in der Atmosphäre verglühen und dabei 17 Tonnen Aluminiumoxidpartikel entstehen. Zwischen 2016 und 2022 hat sich die Konzentration dieser Oxide in der Atmosphäre verachtfacht und wird mit der wachsenden Zahl der gestarteten und wieder eintretenden Satelliten noch weiter ansteigen.
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Nach Angaben der Europäischen Weltraumorganisation umkreisen derzeit etwa 12 540 Satelliten die Erde, von denen rund 9 800 in Betrieb sind. Bis zum Ende dieses Jahrzehnts könnte sich diese Zahl aufgrund von Plänen privater Unternehmen zum Bau von Megakonstellationen mit Zehntausenden von Internet-Satelliten in einer niedrigen Erdumlaufbahn verzehnfachen. Die Starlink-Megakonstellation von SpaceX beispielsweise umfasst derzeit mehr als 6.000 Satelliten, und das Unternehmen plant, insgesamt bis zu 40.000 Satelliten für dieses Vorhaben einzusetzen. Unternehmen wie OneWeb, Amazon und die chinesischen Projekte G60 und Guowang entwickeln ihre eigenen Megakonstellationen.
Wenn all diese Pläne in die Tat umgesetzt werden, könnten bis zu 3 200 Tonnen Satellitenkörper bis zu den 2030er Jahren jährlich in der Atmosphäre verglühen. Dadurch könnten 630 Tonnen Aluminiumoxide pro Jahr in die obere Atmosphäre freigesetzt werden, schätzten die Forscher, was zu einem Anstieg der Konzentration dieser Partikel um bis zu 650 % im Vergleich zu natürlichen Werten führen würde.
Wang zufolge dauert es bis zu 30 Jahre, bis die Partikel, die sich zunächst in einer Höhe von etwa 85 Kilometern (50 Meilen) ansammeln, wo das meiste Satellitenmaterial verdampft, die Höhen erreichen, in denen sich die Ozonschicht befindet. Erst dann würden die Oxide ihre verheerende Wirkung entfalten. Die Forscher haben die Auswirkungen auf den schützenden Ozonschild nicht im Detail untersucht. Sie betonten jedoch, dass die Auswirkungen „erheblich“ sein könnten.
Der größte Teil des schützenden Ozons auf unserem Planeten befindet sich in der Stratosphäre in Höhen zwischen 15 und 30 km (neun und 28 Meilen). Das Ozon absorbiert schädliche ultraviolette (UV-)Strahlung und schützt so die lebenden Organismen auf der Erdoberfläche vor Schäden.
Im Gegensatz zu den herkömmlichen ozonabbauenden Substanzen lösen Aluminiumoxidpartikel Ozonabbauprozesse aus, ohne bei den Reaktionen verbraucht zu werden, so die Forscher. Die Konzentrationen dieser Stoffe bleiben daher stabil, so dass die Oxide ihre schädliche Arbeit fortsetzen können, bis sie auf natürliche Weise in niedrigere Höhen unterhalb der Ozonschicht absinken. Das kann aber auch bis zu 30 Jahre dauern, so Wang.
Obwohl jedes Jahr viel mehr Meteoritenmaterial als künstliche Satelliten in die Erdatmosphäre gelangt, enthält dieses natürliche Weltraumgestein kein Aluminium und stellt daher keine Gefahr für die Ozonschicht dar. Die Forscher erklärten, dass weitere Forschungen erforderlich sind, um die Risiken, die Megakonstellationen für unseren Planeten darstellen, vollständig zu verstehen.
„Die Chemie und Physik dieser Wiedereintrittsnebenprodukte, wenn sie abkühlen und sich in der Atmosphäre absetzen, einschließlich chemischer Reaktionen mit Ozon, sind nicht Gegenstand dieser Studie und werden von der Gemeinschaft nicht vollständig verstanden“, sagte José Pedro Ferreira, ein Forschungsstipendiat an der USC und Hauptautor der Studie in einer E-Mail an kosmischeweiten.de. „Aus diesem Grund sind alle Schlussfolgerungen in Bezug auf die Umweltauswirkungen verfrüht. Diese bekannten Unbekannten sollten als Anreiz dienen, mehr Ressourcen für diese Forschungslinie bereitzustellen, die derzeit von unserer Gruppe an der USC verfolgt wird.“
Die Studie wurde am 12. Juni in der Zeitschrift Geophysical Research Letters veröffentlicht.
