Die Umweltauswirkungen der Raumfahrt werden immer deutlicher, je mehr Raumfahrzeuge in die Erdumlaufbahn gebracht werden.
Die wachsende Zahl von Satelliten, die in der Erdatmosphäre verglühen, beunruhigt Wissenschaftler seit Jahren, und nun untersucht ein neues Papier, wie die entstehende Schicht aus „leitendem Staub“ rund um den Planeten, die beim Wiedereintritt von Satelliten entsteht, das schützende Magnetfeld der Erde beeinflussen könnte.
„Wir umgeben den Planeten mit Müll“, sagte Sierra Solter-Hunt, eine amerikanische Physikerin und Doktorandin an der Universität von Island, gegenüber Space.com. Solter-Hunt ist der alleinige Autor von neues Papier, das im Dezember 2023 als Vorabdruck auf dem Online-Repository Arxiv veröffentlicht wurde und noch auf die Begutachtung durch Fachkollegen wartet. Seitdem sorgt die Zeitung online für Diskussionen. Solter-Hunt begrüßt dies, auch wenn manche seine Schlussfolgerungen für überzogen halten.
„Ich wollte das Gespräch beginnen“, sagte sie.
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Solter-Hunt entdeckte das Problem steigender Metallstaubkonzentrationen in der oberen Erdatmosphäre während seiner Doktorarbeit zum Thema „Plasmastaub“. Plasmastaub, erklärt sie, entsteht durch Wechselwirkungen zwischen dem fragilen ionisierten Gas, aus dem die obere Erdatmosphäre besteht, und den mikroskopisch kleinen Aschepartikeln, die von brennenden Meteoriten zurückbleiben, die auf den Planeten einschlagen, sowie von Satelliten, die zurückspiralen, nachdem ihnen die Energie ausgegangen ist. Treibstoff am Ende ihrer Missionen.
Seit jeher treffen Meteore auf die Erde, doch ihre chemische Zusammensetzung unterscheidet sich völlig von der von Satelliten.
„Meteore enthalten nur Spuren hochleitfähiger Metalle“, sagte Solter-Hunt. „Satelliten hingegen bestehen im Wesentlichen vollständig aus supraleitenden Metallen.“
Nach Berechnungen von Solter-Hunt verdampfen täglich 50 Tonnen Weltraumgestein in der Erdatmosphäre und hinterlassen etwa 450 Kilogramm geladenen Staub. Das ist dreimal weniger als das, was ein einzelner Starlink-Satellit beim Wiedereintritt erzeugt. Derzeit stirbt jeden Tag etwa ein alter Satellit in der Erdatmosphäre. nach Angaben der National Oceanic and Atmospheric Administration. Aber da Megakonstellationsbetreiber wie Starlink von SpaceX ihre Flotten weiter ausbauen, wird diese Zahl voraussichtlich noch steigen.
Wenn SpaceX seine Starlink-Konstellation der zweiten Generation mit 42.000 Satelliten wie geplant fertigstellt, werden allein Starlink-Satelliten mit einer Rate von 23 pro Tag wieder auftauchen. Tatsächlich plant SpaceX, seine Flotte regelmäßig mit neueren, leistungsfähigeren Raumfahrzeugen aufzurüsten.
„Das sind etwa 29 Tonnen Satelliten-Wiedereintrittsmaterial pro Tag, allein für die Starlink-Megakonstellation“, sagte Solter-Hunt.
Der Forscher sagte, dass es mit der aktuellen Technologie schwierig sei, den genauen Einfluss dieser Menge an leitfähigem Material auf das Erdmagnetfeld zu modellieren.
„Satelliten bestehen größtenteils aus Aluminium und Aluminium ist ein Supraleiter“, sagte Solter-Hunt. „Supraleiter werden verwendet, um Magnetfelder zu blockieren, zu verzerren oder abzuschirmen. Was mich beunruhigt, ist, dass dieser leitfähige Staub irgendwann in der Zukunft Störungen in der Magnetosphäre verursachen könnte.“
Bereits zu diesem Zeitpunkt haben die von Menschenhand geschaffenen Trümmer Staub erzeugt, der leitfähiger ist als die Masse der Van-Allen-Strahlungsgürtel der Erde, zwei Regionen über dem Planeten, in denen sich geladene Teilchen der Sonne durch die Auswirkungen des Magnetfelds des Planeten ansammeln.
Der innere und äußere Van-Allen-Gürtel erstrecken sich zwischen Höhen von 3.700 Meilen und 7.400 Meilen (6.000 und 12.000 Kilometer) bzw. 16.000 und 28.000 Meilen (25.000 bis 45.000 Kilometer). Im Gegensatz dazu sammelt sich magnetischer Staub beim Wiedereintritt von Satelliten viel tiefer an, etwa 60 und 80 km über der Erdoberfläche.
Solter-Hunt glaubt, dass durch die leitfähige Hülle verursachte Störungen Löcher in den magnetischen Schutzschild der Erde schlagen 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 beginnt, die Erdatmosphäre zu zerstören, so wie er es vor Milliarden von Jahren mit der Marsatmosphäre getan hat. Dies stellt jedoch sicherlich keine unmittelbare Bedrohung dar.
Solter-Hunt ist mehr besorgt über die Auswirkungen auf die Ozonschicht. Wenn Aluminium aus Satelliten verbrennt, entsteht Aluminiumoxid, eine Substanz, von der bekannt ist, dass sie die Ozonschicht abbaut.
Die Gefahr, die Megakonstellationstrümmer für die Ozonschicht darstellen wurde schon einmal erforscht von einem Forschungsteam unter der Leitung von Aaron Boley, außerordentlicher Professor für Astronomie und Astrophysik an der University of British Columbia, Kanada.
Boley, dessen Artikel in der renommierten Fachzeitschrift Scientific Reports veröffentlicht wurde, lehnte es ab, den Artikel von Solter-Hunt im Detail zu kommentieren, sagte aber, er „eröffne eine wichtige Diskussion“.
Karen Rosenlof, eine Atmosphärenchemie-Wissenschaftlerin bei der NOAA, die Arbeiten über die Auswirkungen von Aluminiumoxiden beim Wiedereintritt von Satelliten auf die obere Erdatmosphäre veröffentlicht hat, sagte jedoch, dass die Ergebnisse mit Vorsicht betrachtet werden sollten.
Wissenschaftler wie Rosenlof und Boley haben bereits zuvor Bedenken hinsichtlich der zunehmenden Konzentrationen von Satellitenasche in der Erdatmosphäre geäußert und darüber, welche langfristigen Auswirkungen dies auf den Planeten haben könnte.
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Im Oktober 2023 ein weiteres Team Berichten zufolge wurden Partikel aus Raketenabgasen oder verbranntem Weltraumschrott entdeckt in Höhen von 11,8 Meilen (19 km) über der Erdoberfläche mit dem High Altitude Research Aircraft der NASA.
Forscher gehen davon aus, dass diese Partikel aufgrund ihrer geringen Größe entweder für immer in der Atmosphäre bleiben oder sehr lange brauchen, um auf die Erde zurückzufallen. Mit der Zunahme der Raketenstarts und Satellitenflüge dürften ihre Konzentrationen stark zunehmen.
Ähnlich wie bei steigenden Treibhausgaskonzentrationen in der Erdatmosphäre werden die Folgen möglicherweise erst in mehreren Jahrzehnten sichtbar.
„Diese Megakonstellationen werden ständig Umweltverschmutzung verursachen“, sagte Solter-Hunt. „Es wird immer mehr davon geben und es werden verschiedene chemische Reaktionen entstehen, von denen wir fast kein Verständnis haben.“