(Bildnachweis: ESA/NASA)
Die Auswirkungen der Raumfahrt auf die Umwelt werden immer deutlicher, da immer mehr Raumfahrzeuge in die Erdumlaufbahn gebracht werden.
Die wachsende Zahl von Satelliten, die in der Erdatmosphäre verglühen, beunruhigt Wissenschaftler schon seit Jahren. In einer neuen Arbeit wird nun untersucht, wie sich die entstehende Hülle aus „leitfähigem Staub“ um den Planeten, die durch den Wiedereintritt von Satelliten entsteht, auf das schützende Magnetfeld der Erde auswirken könnte.
„Wir umgeben den Planeten mit Müll“, sagte Sierra Solter-Hunt, eine amerikanische Physikerin und Doktorandin an der Universität von Island, gegenüber kosmischeweiten.de. Solter-Hunt ist die alleinige Autorin der neuen Arbeit, die im Dezember 2023 als Pre-Print auf dem Online-Repositorium Arxiv veröffentlicht wurde und noch auf die Begutachtung durch Fachkollegen wartet. Seitdem hat die Arbeit im Internet für Diskussionen gesorgt. Solter-Hunt ist froh darüber, auch wenn einige ihre Schlussfolgerungen für übertrieben halten.
„Ich wollte das Gespräch in Gang bringen“, sagte sie.
Solter-Hunt stieß während ihrer Doktorarbeit über „Plasmastaub“ auf das Problem der zunehmenden Konzentrationen von Metallstaub in der oberen Atmosphäre der Erde. Plasmastaub, so erklärt sie, entsteht durch Wechselwirkungen zwischen dem zerbrechlichen ionisierten Gas, aus dem die obere Atmosphäre der Erde besteht, und den mikroskopisch kleinen Aschepartikeln, die beim Abbrand von Meteoriten, die auf dem Planeten einschlagen, sowie von Satelliten, die nach dem Ende ihrer Missionen zurückkehren, nachdem ihnen der Treibstoff ausgegangen ist, zurückbleiben.
Meteore treffen seit Anbeginn der Zeit auf die Erde, aber ihre chemische Zusammensetzung ist völlig anders als die der Satelliten.
„Meteore enthalten nur Spuren von hochleitfähigen Metallen“, so Solter-Hunt. „Satelliten hingegen bestehen praktisch vollständig aus supraleitenden Metallen.“
50 Tonnen Weltraumgestein verdampfen jeden Tag in der Erdatmosphäre und hinterlassen dabei etwa 450 Kilogramm geladenen Staub, so Solter-Hunts Berechnungen. Das ist dreimal weniger, als ein einziger wieder eintretender Starlink-Satellit erzeugt. Nach Angaben der National Oceanic and Atmospheric Administration geht derzeit jeden Tag etwa ein alter Satellit in der Erdatmosphäre zugrunde. Da jedoch Betreiber von Megakonstellationen wie SpaceX Starlink ihre Flotten weiter ausbauen, wird diese Zahl noch steigen.
Wenn SpaceX seine Starlink-Konstellation der zweiten Generation mit 42.000 Satelliten wie geplant fertigstellt, werden allein die Starlink-Satelliten mit einer Rate von 23 pro Tag neu starten. Das liegt daran, dass SpaceX plant, seine Flotte regelmäßig mit neueren, leistungsfähigeren Satelliten aufzurüsten.
„Das sind etwa 29 Tonnen Material für den Wiedereintritt von Satelliten pro Tag, allein für die Starlink-Megakonstellation“, sagte Solter-Hunt.
Der Forscher sagte, dass es mit der derzeitigen Technologie schwierig ist, zu modellieren, wie genau sich diese Menge an leitfähigem Material auf das Magnetfeld der Erde auswirken wird.
„Satelliten bestehen meist aus Aluminium, und Aluminium ist ein Supraleiter“, sagte Solter-Hunt. „Supraleiter werden zur Blockierung, Verzerrung oder Abschirmung von Magnetfeldern verwendet. Meine Sorge ist, dass dieser leitfähige Staub irgendwann in der Zukunft Störungen in der Magnetosphäre verursachen könnte.“
Eine Reihe von SpaceX Starlink-Satelliten – darunter die ersten sechs mit Direct-to-Cell-Fähigkeit – die am 2. Januar 2024 gestartet wurden. (Bildnachweis: SpaceX)
Bereits jetzt hat der zurückkehrende von Menschen verursachte Müll mehr leitfähigen Staub erzeugt als die Masse der Van-Allen-Strahlungsgürtel der Erde, zwei Regionen über dem Planeten, in denen sich geladene Teilchen von der Sonne dank der Auswirkungen des Magnetfelds des Planeten ansammeln.
Der innere und der äußere Van-Allen-Gürtel erstrecken sich in einer Höhe von 6.000 bis 12.000 Kilometern (3.700 Meilen und 7.400 Meilen) bzw. 25.000 bis 45.000 km (16.000 und 28.000 Meilen). Der magnetische Staub von wieder eintretenden Satelliten sammelt sich dagegen viel tiefer an – etwa 37 bis 50 Meilen (60 und 80 km) über der Erdoberfläche.
Solter-Hunt ist der Meinung, dass die von der leitfähigen Hülle verursachten Störungen Löcher in den magnetischen Schutzschild der Erde reißen könnten, wodurch möglicherweise mehr schädliche kosmische Strahlung die Planetenoberfläche erreichen könnte. In einem extremen, fast apokalyptischen Szenario könnte die geschwächte Magnetosphäre dazu führen, dass der Sonnenwind die Erdatmosphäre abzutragen beginnt, wie er es vor Milliarden von Jahren mit der Marsatmosphäre getan hat. Dies ist jedoch keine unmittelbare Bedrohung.
Die Illustration zeigt die Wechselwirkung des Sonnenwinds (rot) mit dem Magnetfeld der Erde (blau, nicht maßstabsgetreu). (Bildnachweis: Mark Garlick/Science Photo Library/Getty Images)
Solter-Hunt ist mehr über die Auswirkungen auf die Ozonschicht besorgt. Wenn das Aluminium der Satelliten verbrennt, verwandelt es sich in Aluminiumoxide, eine bekannte ozonabbauende Substanz.
Die Gefahr, die von den Trümmern der Megakonstellationen für die Ozonschicht ausgeht, wurde bereits von einem Forschungsteam unter der Leitung von Aaron Boley, einem außerordentlichen Professor für Astronomie und Astrophysik an der Universität von British Columbia in Kanada, untersucht.
Boley, dessen Arbeit in der renommierten Fachzeitschrift Scientific Reports veröffentlicht wurde, lehnte es ab, die Arbeit von Solter-Hunt im Detail zu kommentieren, sagte aber, sie eröffne „eine wichtige Diskussion“.
Karen Rosenlof, eine Wissenschaftlerin für Atmosphärenchemie bei der NOAA, die Arbeiten über die Auswirkungen von Aluminiumoxiden aus Satelliten-Wiedereintritten auf die obere Atmosphäre der Erde veröffentlicht hat, sagte jedoch, dass die Schlussfolgerungen mit Vorsicht zu genießen seien.
Wissenschaftler, darunter Rosenlof und Boley, haben bereits früher ihre Besorgnis über die zunehmenden Konzentrationen von Satellitenasche in der Erdatmosphäre geäußert und darüber, wie sich dies langfristig auf den Planeten auswirken könnte.
Im Oktober 2023 berichtete ein anderes Team, dass es mit dem Höhenforschungsflugzeug der NASA in einer Höhe von 19 km (11,8 Meilen) über der Erdoberfläche Partikel entdeckt hat, die entweder von Raketenabgasen oder verbranntem Weltraumschrott stammen.
Die Forscher vermuten, dass diese Partikel aufgrund ihrer winzigen Größe entweder für immer in der Atmosphäre bleiben oder sehr lange brauchen, um zur Erde zurückzufallen. Mit der zunehmenden Zahl von Raketenstarts und Satellitenflügen wird ihre Konzentration wahrscheinlich stark ansteigen.
Genauso wie die zunehmenden Konzentrationen von Treibhausgasen in der Erdatmosphäre werden die Folgen möglicherweise erst in Jahrzehnten deutlich werden.
„Diese Megakonstellationen werden ständig Verschmutzungen verursachen“, sagte Solter-Hunt. „Es wird immer mehr davon geben, und das wird verschiedene chemische Reaktionen hervorrufen, die wir im Grunde nicht verstehen.“
