Warum geomagnetische Sonnenstürme Satelliten wie SpaceX Starlink zerstören

Die Sonne hat Winterschlaf gehalten – aber sie erwacht, und in den nächsten Jahren werden möglicherweise mehr Satelliten durch Sonnenstürme beschädigt oder zerstört als je zuvor.

Elon Musks SpaceX bekommt diese Woche die Bedrohung durch die Sonne zu spüren: Das Unternehmen geht davon aus, dass fast ein vollständiger Start der Starlink-Internetsatelliten verloren geht, nachdem ein geomagnetischer Sturm die Erdatmosphäre zerstört und etwa 40 der Raumschiffe zu einem frühen, feurigen Untergang geführt hat.

Aber diese Stürme seien keine Seltenheit, erklärten Weltraumwetterexperten gegenüber CNBC, und es werde erwartet, dass sie sich in den nächsten Jahren nur verschlimmern. Die Sonne begann im Dezember 11 einen neuen 2019-jährigen Sonnenzyklus und erreicht nun ein „Sonnenmaximum“, das voraussichtlich im Jahr 2025 erreicht wird.

„Der Grund, warum [Sonnenstürme] keine große Sache waren, liegt darin, dass wir uns in den letzten drei bis vier Jahren auf dem Niveau befanden, das wir ‚Sonnenminimum‘ nennen“, sagte Tamitha Skov, Forscherin bei Aerospace Corp., gegenüber CNBC.

Bemerkenswert ist, dass das jüngste Sonnenminimum mit einem massiven Anstieg der Anzahl von Satelliten in einer erdnahen Umlaufbahn zusammenfällt. Laut einer Analyse von Bryce Tech wurden in den letzten vier Jahren rund 4,000 Kleinsatelliten gestartet – die überwiegende Mehrheit davon operierte in niedrigen Umlaufbahnen.

„Viele dieser kommerziellen Unternehmungen … verstehen nicht, wie stark sich das Weltraumwetter auf Satelliten auswirken kann, insbesondere auf diese kleinen Satelliten“, sagte Skov.

Ein geomagnetischer Sturm entsteht durch Sonnenwind, der durch die Aktivität der Sonne erzeugt wird. Der magnetische Schild der Erde leitet die Energie des Sonnensturms in die obere Atmosphäre unseres Planeten und erwärmt sie.

„Die meisten Menschen genießen es wirklich und merken es nicht einmal – denn was sie genießen, ist ein Polarlicht“, sagte Skov.

Die National Oceanic and Atmospheric Administration misst geomagnetische Stürme auf einer zunehmenden Schweregradskala von G1 bis G5. Es wurde erwartet, dass es sich bei dem Sturm, der letzte Woche die Starlink-Satelliten zerstörte, um einen G1-Sturm handelte, der laut Erika Palmerio – Forscherin bei Predictive Science – sowohl geringfügig als auch „ziemlich häufig“ sei und im elfjährigen Sonnenzyklus bis zu 1,700 Mal vorkomme .

„Der G5 ist der extreme Sturm und diese sind viel, viel seltener. Wir finden etwa vier davon pro Zyklus“, sagte Palmerio.

Palmerio betonte, dass ein G5-Sturm eine Bedrohung für Dinge wie Stromnetze oder den Betrieb von Raumfahrzeugen darstelle, nicht jedoch für Menschen.

„Für Menschen am Boden bestehen bei diesen Stürmen keine Risiken“, sagte Palmerio.

Der Nebeneffekt des Anstiegs der atmosphärischen Dichte ist ein erhöhter Luftwiderstand auf Satelliten in einer niedrigen Erdumlaufbahn, was die Umlaufbahn eines Raumfahrzeugs verringern kann – oder, im Fall der Starlink-Satelliten, dazu führen kann, dass sie wieder eintreten und verglühen.

Die erhöhte Strahlung geomagnetischer Stürme könne laut Palmerio auch Raumfahrzeuge beschädigen und Instrumente oder Detektoren an Bord verbrennen.

Skov betonte, dass Starlink-Satelliten „sehr klein“ seien, aber über große Solarpaneele zur Energiegewinnung verfügten, wodurch jedes Raumschiff im Wesentlichen „massive“ Fallschirme habe.

„Es war eine Art Katastrophenrezept, wenn es um Drag ging“, sagte Skov. „Einige von uns in der Weltraumwetter-Community sprechen seit Jahren darüber, dass Starlink-Satelliten vom Himmel fallen – weil wir wussten, dass es nur eine Frage der Zeit war, bis unsere Sonne wieder aktiv wird.“

Darüber hinaus bedeutet die „schwammige“ Atmosphäre der Erde, dass es laut Skov keine bestimmte Mindesthöhe im Orbit gibt, die sicher ist. Die kürzlich zerstörten Starlink-Satelliten befanden sich nach dem Start in einer Höhe von 210 Kilometern. Das liegt deutlich unter der 550-Kilometer-Höhe, auf die die restlichen Satelliten des Netzwerks angehoben werden, aber Skov sagte, dass „das Potenzial für Luftwiderstand“ in der operativen Umlaufbahn von Starlink immer noch bestehe.

Skov und Palmerio betonten, dass Zerstörungen durch geomagnetische Stürme häufiger vorkommen als allgemein angenommen, und führten Beispiele aus historischen Sonnenereignissen an.

„1967 verlor NORAD [das North American Aerospace Defense Command] aufgrund eines Sonnensturms die Verbindung zu der Hälfte seines Satellitenkatalogs“, sagte Skov – ein Ereignis, das beinahe zu einem Atomkrieg geführt hätte.

Stürme im Jahr 1989 lahmlegten das Stromnetz in Quebec, Kanada, stoppten den Handel an der Toronto Stock Exchange, führten zu einer Fehlfunktion eines Sensors des Space Shuttle Discovery während des Fluges und gelten als Ursache dafür, dass der Satellit der Solar Maximum Mission aus der Umlaufbahn fiel.

„Ich kratze nur an der Oberfläche“, sagte Skov und fügte hinzu, dass es auch „ständig“ GPS-Systeme und Satellitentelefone betrifft.

Die sogenannten „Halloween-Stürme von 2003“ verursachten einige der stärksten bisher aufgezeichneten geomagnetischen Stürme. Palmerio sagte, die erhöhte Strahlung habe zur Zerstörung wissenschaftlicher Instrumente im Weltraum geführt, von der Erdumlaufbahn bis zur Marsoberfläche.

Der größte Unterschied im aktuellen Sonnenzyklus im Vergleich zum vorherigen, der im April 2014 seinen Höhepunkt erreichte, sind die Tausenden weiteren Satelliten in der erdnahen Umlaufbahn.

„Das ist der wilde, wilde Westen“, sagte Skov.