Weltraumgefahren
Sonnenstürme, Asteroiden und Weltraummüll – all das sind Gefahren aus dem Weltraum. Diese Themenseite bietet einen Überblick über die verschiedenen Weltraumgefahren sowie weitere nützliche Informationen.
©ESA 2019
Was ist Weltraumwetter?
Die Erde ist Teil eines offenen Systems, das ständig Materie und Energie mit der Sonne und dem Weltraum austauscht. Die Sonne ist der Hauptfaktor für das Weltraumwetter, da sie durch Kernfusion Energie erzeugt, die als elektromagnetische Strahlung, auch Sonnenwind genannt permanent abgegeben wird. Der Sonnenwind trägt zur Erwärmung der Erdoberfläche bei wobei die für den Menschen schädliche Strahlung größtenteils durch das Erdmagnetfeld und die Atmosphäre abgeschirmt wird. Sonneneruptionen und koronale Massenauswürfe sind unregelmäßige Phänomene, die die Intensität des Sonnenwinds erheblich beeinflussen können. Diese Variationen des Sonnenwindes im erdnahen Weltraum werden als Weltraumwetter bezeichnet (Kusserow, U. & Marsch, E. 2023).
Sonnenstürme infolge von Sonneneruptionen stellen eine plötzliche und direkte Gefahr da. Die moderne Infrastruktur ist aufgrund ihrer hohen Komplexität und Abhängigkeit von Strom anfällig für solche Störungen (Lovett, R. 2011). Das Weltraumwetter beeinträchtigt daher die Leistung und Zuverlässigkeit vieler technischer Systeme sowohl im Weltraum als auch auf der Erde und kann dadurch indirekt Menschenleben gefährden (Vermicelli, P., et. al. 2022). Schwere geomagnetische Stürme stellen eine zusätzliche Gefahr für das Stromnetz und lange Unterseekabel dar. Elektrisch geladene Teilchen, die auf der Erde treffen, können Spannungsspitzen in Stromnetzen verursachen und zur Zerstörung von Transformatoren, Internet-Repeater und Unterseekabeln führen. Durch ihre Abhängigkeit von Strom und Internet sind zum Beispiel Telekommunikations- und Transportsysteme sowie der Gesundheits- und Finanzsektor betroffen (Abdu Jyothi, S. 2021).
Das Carrington Event 1859
Datum: 1. September 1859
Entdecker: Richard Carrington
Eine Sonneneruption verursachte einen intensiven Sonnensturm, der direkt auf die Erde traf und weltweite Auswirkungen hatte. So traten etwa Nordlichter auf, die bis zum Äquator zu sehen waren. Es konnte eine starke Beeinträchtigung der damaligen Technologien, vor allem der Telegraphensysteme, beobachtet werden, hier kam es zu Ausfällen und sogar vereinzelten Bränden. Währenddessen leuchteten Glühbirnen ohne Stromversorgung. Andere strombetriebene Technologien war zu dem Zeitpunkt nicht weit verbreitet. Welche Auswirkungen ein Ereignis dieser Magnitude auf unser aktuelles Technologiesystem haben würde, ist kaum vorzustellen.
Dobrijevic, D. und May, A. (2022). „The Carrington Event: History’s greatest solar storm“
Phänomene des Weltraumwetters
Sonnenwind
Kontinuierlicher Strom geladener Teilchen, der durch Kernfusion erzeugt und von der Sonne in alle Richtungen im Weltraum abgegeben wird.
Sonnenflecken
Dunkle, kühle Bereiche auf der Sonnenoberfläche entstehen durch starke Magnetfelder und treten zyklisch im Zusammenhang mit solaren Aktivitäten auf.
Sonneneruptionen
Plötzliche Freisetzung großer Mengen energiereicher Teilchen und elektromagnetischer Strahlung von der Sonnenoberfläche resultiert aus Umstrukturierungsprozessen im solaren Magnetfeld.
Koronaler Massenauswurf
Plasmawolke aus geladenen Teilchen, die bei einer Sonneneruption entstehen kann und bei Erreichen der Erde Auswirkungen auf die Magnetosphäre (geomagnetischer Sturm) und die Ionosphäre (Ionosphärensturm) hat.
Aurora (Polarlicht)
Die Interaktion geladener Teilchen mit dem Erdmagnetfeld kann von den Polen ausgehend leuchtende Farben am Himmel erzeugen. Während extremen Sonnenstürmen kann die Aurora bis zum Äquator sichtbar sein.
Asteroiden, Meteoriden und Kometen
Abbildung 1: Verschiedene Arten des Weltraumgesteins. | Quelle: Eigene Darstellung nach ESA.
Meteor von Tscheljabinsk
Datum: 15. Februar 2013
Ort: Tscheljabinsk, Sibirien, Russland
Ein kleiner Asteroid mit ca. 20 m Durchmesser trat mit einer Geschwindigkeit von 19,2 km/s unerwartet in die Atmosphäre über Tscheljabinsk ein und explodierte etwa 20-40 km über der Erdoberfläche. Die Explosion setzte die Energie von etwa 500 Kilotonnen TNT frei. Durch die entstandene Schockwelle wurden etwa 7.000 Gebäude beschädigt. Als Folge wurden 1.500 Menschen durch herumfliegende Splitter und Glasscherben verletzt, ums Leben kam jedoch niemand.
Gaida, M. (2023): „Vor zehn Jahren: der Meteoritenfall von Tscheljabinsk“
Weltraumgestein ist die wohl am weitesten bekannte Weltraumgefahr. Großereignisse wie der Einschlag des Chicxulub-Asteroiden vor rund 66 Mio. Jahren, bei dem die Dinosaurier ausstarben sind sehr selten und treten durchschnittlich nur alle 30 Mio. Jahre auf (Lingenhöhl, D. 2022). Allerdings treffen jeden Tag hunderte kleinere Meterioden auf die Erde, die zumeist als Sternschnuppen verglühen und somit keine Gefahr darstellen. Abhängig von den Eintrittsbedingungen können aber auch kleinere Weltraumobjekte mit nur wenigen Metern Durchmesser bei orbitalen Geschwindigkeiten von 10-72 km/s erhebliche Schäden auf der Erde verursachen (Robert, L. 2024).
Der Großteil der Asteroiden unseres Sonnensystems befindet sich im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter und stellt keine Gefahr für die Erde dar. Einige Asteroiden können jedoch durch Kollisionen oder Gravitation aus ihrer normalen Umlaufbahn geworfen werden und sich auf Kollisionskurs mit der Erde begeben. Solche Objekte, zusammen mit erdnahen Kometen, werden als erdnahe Objekte (Near Earth Objects | NEO) klassifiziert und überwacht, wenn sie sich innerhalb von 0,3 AE (44.879.361 km) von der Erdumlaufbahn befinden (CNEOS 2024). Im Februar 2024 waren etwa 34.500 erdnahe Asteroiden (Near Earth Asteroids | NEA) und etwa 100 erdnahe Kometen (Near Earth Comets | NEC) bekannt. Die NASA schätzt, dass bereits 90% der NEA mit einem Durchmesser von mehr als 1 km identifiziert wurden, aber fast 90% der erwarteten kleinen NEA (Durchmesser < 10 m) noch unentdeckt sind (CNEOS 2012).
Weltraummüll
Weltraummüll umfasst sämtliche von Menschen geschaffene Objekte, einschließlich Fragmente und Elemente dieser, die sich entweder in der Erdumlaufbahn befinden oder kurzzeitig in die Atmosphäre eintreten, jedoch nicht funktionsfähig sind. Diese Objekte stellen eine Bedrohung für aktive Satelliten und irdische Infrastruktur dar, insbesondere beim Wiedereintritt in die Atmosphäre.
Video 1: Debris in motion | Quelle: ARES 2019
Derzeit befinden sich etwa 34.000 überwachte Objekte in unserem Orbit, von denen nur 25 % aktive Satelliten sind, und weniger als ein Drittel davon ist funktionsfähig. Etwa 85 % der funktionstüchtigen Satelliten befinden sich in der niedriegen Erdumlaufbahn (Low Earth Orbit | LEO), die bis zu 2.000 km über dem Meeresspiegel liegen und wirtschaftlich wertvoll sind. Bekannte Satelliten wie die International Space Station (~400 km) oder die Starlink-Konstellation (~550 km) befinden sich ebenfalls in diesen Orbits. Die übrigen überwachten Objekte stellen Weltraummüll dar. Es wird geschätzt, dass sich etwa 130 Millionen weitere Teile im Umlauf befinden, die zu klein sind (<10 cm), um überwacht zu werden. Trotz ihrer Größe können bereits kleine Objekte bei orbitalen Geschwindigkeiten von 25.000 km/h großen Schaden an Satelliten anrichten (ESA).
Quellen von Weltraummüll
Satelliten und Raumfahrzeuge:
Zufällige und absichtliche Fragmentierung in der Erdumlaufbahn beim Start und Betrieb von Trägerraketen und Raumfahrzeugen.
Kollisionen und Fragmentierung:
Kollisionen zwischen Fragmenten oder operativen Satelliten. Es gab bisher nur sieben bestätigte Kollisionen, aber es wird erwartet, dass dies in Zukunft eine Hauptquelle für Weltraummüll sein wird. Insbesondere große Satellitenkonstellationen, die derzeit stark durch private Unternehmen zunehmen, stellen eine bedeutende Gefahr für Kollisionen dar.
End of Life Satelliten:
Satelliten, die defekt oder am Ende ihrer Lebenszeit sind, verbleiben im Weltraum und fallen innerhalb von Jahren bis Jahrtausenden auf die Erde zurück. Bisher müssen nicht funktionsfähige Satelliten in niedrigen Erdumlaufbahnen (LEO) und geostationären Orbits (GEO) innerhalb von 25 Jahren aus dem ursprünglichen Orbit entfernt werden, um Kollisionen zu vermeiden.
Militärische Aktivitäten:
Anti-Satelliten Operationen, bei denen Satelliten aus militärischen Gründen absichtlich zerstört werden, tragen massiv zur Entstehung von Weltraummüll bei. Zum Beispiel erhöhte die chinesische FengYun-1C Mission im Januar 2007, eine Test-Anti-Satelliten-Mission, die Anzahl der nachverfolgbaren Objekte um 25 %.
Erstellt: Februar 2024
