Menschengemachte Satelliten waren einst selten in der niedrigen Erdumlaufbahn (LEO), von denen sich zu Beginn des Weltraumzeitalters in den 1950er Jahren nur eine Handvoll um den Planeten drehte. Aber jetzt schwärmen Tausende von Satelliten um die Erde, und noch mehr warten darauf, sich ihnen anzuschließen.
Also, um eine genaue Zahl darauf zu setzen, wie viele Satelliten umkreisen die Erde und wie viele könnten sich ihnen in naher Zukunft anschließen? Und wenn alle diese Satelliten im Weltraum sind, welche Arten von Problemen könnten sie verursachen?
Nachdem die Sowjetunion 1957 Sputnik, den ersten von Menschen geschaffenen Satelliten der Welt, gestartet hatte, trat ein langsamer, aber stetiger Strom von Satelliten in LEO ein, von denen bis in die 2010er Jahre jährlich zwischen 10 und 60 gestartet wurden, schrieb Supriya Chakrabarti, Professor für Physik an der University of Massachusetts Lowell, in einem Space.com , eine Live-Science-Schwesterseite. Seitdem ist diese Rate sprunghaft angestiegen, mit mehr als 1.300 neuen Satelliten, die 2020 in LEO gestartet wurden, und mehr als 1.400 Satelliten, die 2021 gestartet wurden, schrieb Chakrabarti. Insgesamt gab es im September 2021 rund 7.500 aktive Satelliten in LEO, so der Outer Space Objects Index der Vereinten Nationen.
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Überfüllter Markt
Die Anzahl der Satelliten in LEO, einer Region, die sich bis zu 1.424 Meilen (2.000 Kilometer) von der Erde entfernt befindet, wird in den kommenden Jahrzehnten exponentiell weiter zunehmen. Das liegt daran, dass private Unternehmen ihre eigenen Megakonstellationen mit jeweils Tausenden von einzelnen Satelliten einrichten, mit denen schnellere Online-Netzwerke aufgebaut und eine Reihe anderer Dienste wie die Überwachung des Klimawandels bereitgestellt werden.
Diese erhöhte Aktivität geschieht jetzt hauptsächlich aufgrund sinkender Kosten, sagte Aaron Boley, ein Astronom an der University of British Columbia. „Wir wissen, dass SpaceX, OneWeb, Amazon und StarNet / GW insgesamt 65.000 Satelliten vorgeschlagen haben, wenn sie alle Phasen ihrer Satellitenprogramme einbeziehen“, sagte Boley gegenüber Live Science. Und „insgesamt wurden weit über 100.000 Satelliten vorgeschlagen“, fügte er hinzu.
Im Oktober 2021 kündigte Ruanda auch seine eigene Megakonstellation namens Cinnamon an, die über 320.000 Satelliten enthalten könnte. Es ist unklar, wann dieses Projekt Wirklichkeit werden könnte, aber das Land hat um Erlaubnis gebeten, das Projekt zu beginnen, so ein Tweet der Ruanda Space Agency.
All diese neuen Satelliten bringen jedoch eine Vielzahl neuer Probleme mit sich, wie eine von Boley gemeinsam geleitete und in der Zeitschrift Scientific Reports veröffentlichte Studie über Megakonstellationen vom Mai 2021 zeigt.
„Es verursacht ein Problem mit dem Weltraumverkehrsmanagement, es wird die Verbreitung von Weltraummüll verschärfen, es stört die Astronomie und Sternenbeobachtung, und die Raketenstarts und Wiedereintritte verursachen Luftverschmutzung“, sagte Boley. „Wir versuchen immer noch, das Ausmaß der Auswirkungen zu verstehen.“
Weltraumverkehr und Trümmer
Da in den kommenden Jahrzehnten mehr Satelliten in die Umlaufbahn gebracht werden, dürfte die Zahl der Kollisionen und des nachfolgenden Weltraummülls steigen. Es gibt bereits mindestens 128 Millionen Trümmerteile in LEO. Von diesen sind rund 34.000 über 4 Zoll (10 Zentimeter), nach dem Natural History Museum in London, und es wird noch mehr in der Zukunft sein.
„Der sichere Betrieb so vieler Satelliten wird eine große Herausforderung sein“, sagte Boley. „Ein Unfall in einer bestimmten Umlaufbahn, der erheblichen Weltraummüll erzeugt, hat das Potenzial, eine Vielzahl von Umlaufbahnen zu beeinflussen.“
Kollisionen sind nicht die einzige Quelle für Weltraummüll; Satelliten können auch bei längerer Exposition gegenüber intensiver ultravioletter Strahlung in LEO zusammenbrechen“, sagte Boley.
Weltraumschrott kann anderen Satelliten sowie anderen Raumfahrzeugen erheblichen Schaden zufügen. Im Juni 2021 wurde die Internationale Raumstation von einem Trümmerstück getroffen, das ein Loch in einem Roboterarm durchbohrte; Glücklicherweise vermieden die Raumstation und die Astronauten im Inneren größere Schäden, berichtete Live Science zuvor.
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Schließlich könnte die Anzahl der Satelliten in LEO zu einer außer Kontrolle geratenen Kette von Kollisionen führen, die Weltraummüll um LEO herum zerstreuen würden, bis zu dem Punkt, an dem wir keine neuen Raketen mehr starten könnten. Diese Möglichkeit ist als Kessler-Syndrom bekannt, und viele Astronomen befürchten, dass sie die Menschheit daran hindern könnte, eine Multiplanetenart zu werden, wenn wir Weltraummüll nicht unter Kontrolle halten können.
“ Der Kessler-Effekt wird keinen klaren Moment haben, in dem er sich einschaltet „, sagte Boley. „Vielmehr handelt es sich um einen allmählichen Übergang aufgrund eines Ungleichgewichts zwischen der Trümmererzeugung und den Trümmerentfernungsraten.“ Aber einige Beweise deuten bereits darauf hin, dass eine aktive Trümmerentfernung von LEO erforderlich ist, um zu vermeiden, dass das Kessler-Syndrom greift“, fügte er hinzu.
Die Entfernung von Weltraummüll von LEO ist jedoch logistisch eine Herausforderung, und es gibt laut Scientific American immer noch keine vereinbarte Methode zur Entfernung.
Starts und Wiedereintritt
Die Raumfahrtindustrie hat einen viel geringeren Kohlenstoff-Fußabdruck als andere Branchen wie die Luftfahrtindustrie. Ein durchschnittlicher Raketenstart setzt laut The Guardian zwischen 220 und 330 Tonnen (200 bis 300 Tonnen) Kohlenstoff in die Erdatmosphäre frei. Zum Vergleich: Ein durchschnittlicher kommerzieller Langstreckenflug setzt pro Passagier etwa 2 bis 3 Tonnen (1,8 bis 2,7 Tonnen) Kohlenstoff frei, und es gibt jedes Jahr Dutzende Millionen Flüge.
Da jedoch die hohe Nachfrage nach Raketen für den Start von Satelliten steigt, sind die Kohlenstoffemissionen von Raketenstarts laut Guardian jährlich um 5,6% gestiegen.
Und es sind nicht nur Satellitenstarts, die ein Umweltproblem darstellen. Wenn Satelliten schließlich aus der Umlaufbahn fallen und wieder in die Erdatmosphäre eintreten, setzen sie auch Chemikalien in die Atmosphäre frei, sagte Boley.
Boleys Studie über Megakonstellationen ergab, dass Satellitenwiedereintritte in Zukunft mehr von bestimmten Elementen wie Aluminium in die Erdatmosphäre ablagern könnten als Meteoriten. Wissenschaftler sind sich nicht sicher, welche möglichen Auswirkungen dies haben könnte, aber vom Menschen verursachte Veränderungen der Chemie der Atmosphäre, wie die Freisetzung von Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW) aus Aerosolen, die das Loch in der Ozonschicht verursacht haben, neigen nicht dazu, gut zu enden.
Darüber hinaus können Satelliten, wenn sie wieder in die Atmosphäre eintreten, auch am Boden erhebliche Schäden verursachen. Moderne Satelliten sind jedoch so konzipiert, dass sie beim Wiedereintritt in kleinere Teile zerfallen, sodass weniger Material an die Oberfläche gelangt. Und normalerweise landet fallender Weltraumschrott im Wasser, das etwa 71% der Erdoberfläche bedeckt.
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Lichtverschmutzung
In Zukunft wird eine erhöhte Satellitenaktivität von der Erde aus deutlich sichtbar sein. Die Metallobjekte wirken wie Spiegel und reflektieren das Licht zurück zur Erdoberfläche, und die schiere Anzahl von ihnen wird unseren Blick auf den Nachthimmel drastisch verändern.
Eine von Boley mitgeschriebene Studie zur Lichtverschmutzung, die im September 2021 in der arXiv—Datenbank veröffentlicht und dem Astronomical Journal vorgelegt wurde, ergab, dass in Zukunft bis zu 8% des Lichts am Nachthimmel von Satelliten stammen könnten. Die Studie ergab auch, dass Orte in der Nähe von 50 Grad nördlicher und südlicher Breite, wie British Columbia und Patagonien, aufgrund der Umlaufbahnen der vorgeschlagenen Satelliten stärker von Satellitenlichtverschmutzung betroffen sein könnten als andere Orte.
“ Dies ist eine so grundlegende Veränderung unserer Sicht auf den Himmel, dass eine genauere Untersuchung erforderlich ist „, sagte Co-Autor Hanno Rein, Astronom an der University of Toronto Scarborough, in einer Erklärung. „Es wird von allen erlebt werden.“
In der Zukunft, sagte Boley, könnten bis zu 1 von 10 „Sternen“ am Himmel tatsächlich Satelliten sein, was „kontinuierlich dazu führen würde, dass der Himmel neu angeordnet wird.“
Die Satelliten werden nicht nur die Sternenbeobachtung von Amateuren, sondern auch die Beobachtungen von professionellen Astronomen stören. „Einige astronomische Forschungen werden nur mäßige Auswirkungen sehen, aber die Auswirkungen auf Weitfelduntersuchungen könnten erheblich sein“, sagte Boley.
Ein Gleichgewicht finden
Es ist klar, dass die vorhergesagte Rate von Satelliten, die in LEO eingesetzt werden, nicht nachhaltig ist, aber Satelliten bieten uns auch wichtige Dienste.“Wir sind tief mit Satelliten verbunden“, sagte Boley. „Satelliten spielen eine wichtige Rolle in unserer Lieferkette, Finanztransaktionen, Wetterüberwachung, Klimawissenschaft, globaler Kommunikation und Suche und Rettung.“
Daher müssen wir einen Weg finden, um die Vorteile und Auswirkungen auszugleichen, sagte Boley.
„Ich glaube nicht, dass ein vollständiger Stopp bei Satellitenstarts funktionieren würde“, sagte Boley. „Es wäre jedoch klug, die Dinge zu verlangsamen und die Platzierung von 100.000 Satelliten zu verzögern, bis wir bessere internationale Regeln haben.“
Ursprünglich auf Live Science veröffentlicht.