Wissenschaftler haben herausgefunden, warum Weltraummüll auf die Erde fällt

Dies ist wichtig für die Vorhersage von Kollisionen mit Satelliten und Weltraummüll: Je genauer Experten verstehen, wie sich die Umlaufbahn von Trümmern verändert, desto besser können Manöver von Einsatzfahrzeugen geplant werden.

Details

Die Sonne durchläuft einen etwa 11-jährigen Aktivitätszyklus. Wenn die Aktivität zunimmt, steigt die Anzahl der Sonnenflecken und damit auch der Fluss der ultravioletten Strahlung und der geladenen Teilchen. Diese heizen die obere Atmosphäre der Erde, die Thermosphäre, auf.

Durch die Erwärmung dehnt sich die Thermosphäre nach oben aus. In Orbitalhöhen wird die Atmosphäre dichter als normal und beginnt, Satelliten und Trümmer stärker anzuziehen. Dieser Widerstand wird als atmosphärischer Luftwiderstand bezeichnet - er bremst ein Objekt ab, so dass es an Höhe verliert und sich allmählich der Erde nähert.

In der neuen Studie analysierten die Wissenschaftler die Bewegung von 17 Weltraummüllobjekten in einer niedrigen Erdumlaufbahn. Die Daten umfassten 36 Jahre und drei Sonnenzyklen - den 22., 23. und 24. Die Objekte befanden sich in einer Höhe von etwa 600-800 Kilometern und machten in 90-120 Minuten eine Umdrehung um die Erde.

Weltraummüll eignet sich gut für solche Berechnungen, da er keine aktiven Manöver durchführt wie funktionierende Satelliten. Daher spiegeln die Veränderungen in ihrer Umlaufbahn besser den Einfluss externer Faktoren wider - vor allem die Dichte der oberen Atmosphäre und die Sonnenaktivität.

Die Wissenschaftler verglichen die Bahnen der Trümmer mit der Anzahl der Sonnenflecken und dem Index F10.7, der als Indikator für die Sonnenaktivität verwendet wird. Es stellte sich heraus, dass die Geschwindigkeit des Orbitalrückgangs dramatisch zunimmt, wenn sich die Sonnenaktivität etwa zwei Dritteln ihres Maximums in einem Zyklus nähert.

Warum das wichtig ist

Die niedrige Erdumlaufbahn wird von Überwachungs-, Kommunikations- und Internetsatelliten genutzt. Aber er beherbergt auch eine große Anzahl von alten Fahrzeugen, Raketenteilen und anderen Fragmenten. Schon eine einzige Kollision könnte neue Trümmer erzeugen und das Risiko für andere Satelliten erhöhen. Die Europäische Weltraumorganisation hat bereits davor gewarnt, dass die Menge des Weltraummülls auch ohne neue Starts weiter zunehmen könnte, wenn durch die Fragmentierung mehr Trümmer entstehen, als auf natürlichem Wege aus der Umlaufbahn fallen können.

Die neue Arbeit hilft dabei, genauer zu berechnen, wann Trümmer schneller herunterkommen, und somit gefährliche Annäherungen besser vorherzusagen. Dies ist auch für aktive Satelliten wichtig: Bei hoher Sonnenaktivität benötigen sie möglicherweise mehr Bahnkorrekturen und mehr Treibstoff.

Gleichzeitig "säubert" die aktive Sonne die Umlaufbahn nicht sofort. Es ist nicht so, dass alle Trümmer auf einmal auf die Erde fallen, sondern dass der Widerstand der oberen Atmosphäre zunimmt und die Objekte nach und nach schneller an Höhe verlieren.

Hintergrund

Die meisten Weltraumtrümmer verglühen beim Wiedereintritt in die Atmosphäre. Große Fragmente können jedoch teilweise die Oberfläche erreichen, so dass die Frage der Verfolgung fallender Objekte immer dringlicher wird. In verschiedenen Studien wurde bereits vorgeschlagen, sogar Netzwerke von Seismometern einzusetzen, um die Schallwellen von Trümmern zu verfolgen, die in die Atmosphäre eindringen.

Die neue Studie betrifft ein früheres Stadium - nicht den Moment des Einschlags, sondern den langen orbitalen Abstieg. Sie zeigt, dass der Sonnenzyklus bei der Vorhersage der Bewegung von Weltraummüll und der Planung von Satellitenmissionen berücksichtigt werden muss.

Quelle

Die Studie Characterizing Solar Cycle Influence on Long-Term Orbital Deterioration of Low-Earth Orbiting Space Debris wird im Jahr 2026 in Frontiers in Astronomy and Space Sciences veröffentlicht. Die Autoren untersuchten den Einfluss der Sonnenzyklen auf die orbitale Verkleinerung von 17 Weltraummüllobjekten im erdnahen Orbit.