Satelliten und Raketen verschmutzen die Atmosphäre immer mehr

Raketenstarts werden in den kommenden Jahren stark zunehmen. Bis 2030, so eine Schätzung, könnten 50’000 zusätzliche Satelliten im Orbit kreisen (siehe erster Teil dieses Artikels). Wie stark beeinflusst die Raumfahrt das Klima auf der Erde? Auf diese Frage haben Wissenschaftler noch keine Antwort.

Ihr erstes Problem: «Es ist ziemlich schwierig, an Daten zu kommen. Die Industrie ist da sehr zurückhaltend», sagt der Raumfahrtingenieur und Umweltwissenschaftler Loïs Miraux.

Der Luft- und Raumfahrtingenieur Jan-Steffen Fischer von der Universität Stuttgart relativiert: «In Europa sind die Firmen kooperativ. Die Europäische Raumfahrtorganisation ESA hängt das Thema hoch.» Die US-Firma Space X dagegen betreibe zwar eigene Forschung, «aber als Wissenschaftler erfährt man davon fast nichts».

Um eigene Messungen vorzunehmen, fliegen die Wissenschaftler zum Beispiel mit einem Flugzeug durch den Abgasstrahl einer Rakete. Auch Flüge möglichst nahe an der Stratosphäre sind eine Möglichkeit. Oder die Forscher befestigen Messinstrumente hinten an einer Rakete, testen ein Triebwerk im Prüfstand oder ziehen Satellitendaten heran.

«Noch sehr viel Unsicherheit»

Das zweite Problem: Wer die Klima- und Umweltfolgen der Raumfahrt global abschätzen will, muss vieles mathematisch modellieren. «Da gibt es noch viele Unbekannte», sagt Loïs Miraux. «Die Wissenschaft braucht Zeit – aber währenddessen werden mehr und mehr Raketen und Satelliten in den Orbit geschickt. Dadurch verändern sich die Parameter laufend.»

«Da ist noch sehr viel Unsicherheit vorhanden», bestätigt auch Jan-Steffen Fischer. Früher, als es erst wenige Raketenstarts gab, sei diese Forschung als nicht relevant erachtet worden. «Man ging davon aus, dass so wenige Raketenstarts nichts ausmachen.»

Das ist einer der Gründe, weshalb die Raumfahrt bisher kaum reguliert ist. Ein anderer sind die starken kommerziellen und politischen Interessen. Elon Musks Starlink-Verbund wäre von Einschränkungen derzeit wohl am stärksten betroffen. 

Würde beispielsweise der Russ-Ausstoss gesetzlich geregelt, könnte dies zu herben finanziellen Verlusten führen. Denn Raketen zu entwickeln ist aufwändig und kostspielig, darum bleiben sie so lange wie möglich im Einsatz. Die Ariane 5 zum Beispiel hob 1996 zum ersten Mal ab. Ihren letzten Flug absolvierte sie 2023. Space X’s wiederverwendbare, Kerosin-getriebene Falcon-9-Raketen haben Fischer zufolge aktuell bereits 30 Flüge gemacht.

«Laissez-faire Regime» gegenüber der Industrie

Im «Journal of Space Safety Engineering» schrieb der US-Wissenschaftler Martin Ross von der Aerospace-Corporation von einem «Laissez-faire Regime» gegenüber der Raumfahrtindustrie und forderte: «Die Emissionen müssen verstanden werden, damit politische Entscheidungsträger richtig einschätzen können, wie der Nutzen des Weltraums maximiert und gleichzeitig die globalen Auswirkungen minimiert werden können.»

Diesen Nutzen betonen auch Loïs Miraux und Jan-Steffen Fischer: Erdbeobachtung, Telekommunikation, Klimaforschung, Navigation, Landwirtschaft, Astronomie – bei all dem helfen die Raumfahrt und die Satelliten. «Aber welche Dimensionen sind nötig?», fragt Fischer. Eine Regulierung auf internationaler Ebene durchzusetzen, hält er für «wahrscheinlich unmöglich. Zuerst einmal sollten wir wissen, was wir regulieren müssen.»

Forschungsgelder in den USA gekürzt

Inzwischen gebe es zwar verschiedene Forschungsprojekte zu den Klima- und Umweltfolgen der Raumfahrt, etwa bei der Europäischen Raumfahrtbehörde oder der EU, aber «die meisten laufen erst an». In den nächsten Jahren werde sich da viel tun, ist Fischer überzeugt. In den USA hingegen werden die staatlichen Fördergelder für diese Forschung derzeit gekürzt.

Miraux plädiert bereits jetzt für eine Regulierung. Trotz aller Ungewissheiten gebe es schon heute Hinweise, was besonders schädlich sein könnte. Auch wenn die Weltraumaktivitäten derzeit – verglichen mit anderen Industriesektoren – nur einen kleinen Beitrag zum Ozonabbau und zum Klimawandel beitragen würden, könnte das schnelle und kontinuierliche Wachstum schwerwiegende Folgen haben, sowohl für das Weltall als auch für die Erde, warnt er. Sein Argument: «Wir sollten dem Vorsorgeprinzip folgen. Noch ist es nicht zu spät, den Weltraumverkehr zu regulieren.» Dies sollte jedoch schrittweise erfolgen, schlägt er vor, um Unterbrechungen zu vermeiden und um den Betrieb wichtiger Anwendungen aufrechtzuerhalten.

Verglühende Satelliten setzen ein Potpourri von Partikeln frei

Die Emissionen während des Flugs – bei wiederverwendbaren Raketen auch bei der Rückkehr – sind für die Forscherinnen und Forscher nur ein Aspekt. Ein anderer sind die Raketen für den Einmalgebrauch sowie die Satelliten. «Starlink-Satelliten beispielsweise kommen spätestens nach fünf Jahren wieder zur Erde zurück», sagt Fischer. 

Allein von 2020 bis 2022 verglühten laut den Daten, auf die Eloise Marais bei ihren Berechnungen der Raketen-Verbrennungsprodukte zurückgriff, 3622 Objekte. Sie befasst sich als Professorin für Atmosphärische Chemie und Luftqualität am University College in London mit der Umweltverschmutzung durch Raketen. Beim Verglühen setzen Satelliten «einen chemischen Zoo von Partikeln» in der Mesosphäre frei.

«Früher oder später kommen alle Satelliten, die in den erdnahen Orbit transportiert wurden, wieder herunter», sagt Miraux. «Welche Folgen die dabei entstehenden Partikel und reaktiven Stickoxid-Gase hätten, sei völlig unklar. 

«Da waren viele erstaunt»

Um mehr herauszufinden, unternahm die Nasa Ende Winter 2022/2023 über Alaska Messflüge in bis zu 19 Kilometer Höhe. Denn Partikel in der Mesosphäre werden im Winter in Richtung der beiden Erdpole «ausgewaschen». Das Wissenschaftler-Team, dem auch Ross angehörte, fand in den Luftproben über 20 Elemente, die auf den Wiedereintritt von ausgedienten Raumfahrzeugen oder Satelliten zurückgingen. Darunter befanden sich Aluminium, Lithium, Kupfer und Blei, berichtete das Team in der Zeitschrift «PNAS». 

Etwa zehn Prozent der Aerosol-Partikel in der Stratosphäre enthielten demnach Elemente aus der Raumfahrt. «Das ist viel. Da waren viele erstaunt», sagt Fischer. 

Verschmutzung des Nachthimmels

Loïs Miraux hegt weitere Bedenken: «Für einige astronomische Beobachtungen ist die zunehmende Verschmutzung des Nachthimmels durch grosse Satelliten-Netzwerke problematisch.» Denn diese reflektieren das Sonnenlicht, hinterlassen Lichtspuren und senden Radiosignale aus. Für astronomische Entdeckungen brauche es aber einen klaren, nicht verschmutzten Himmel – und keine Ideen wie künstliche Monde, die nachts aus dem All herab ganze Städte beleuchten sollen, «Space-Graffiti» oder leuchtende «Werbetafeln» im All.

«Künstliche Weltraumobjekte, darunter Satelliten und Weltraumschrott, sind bereits jetzt für einen neuen Himmelsaufhellungseffekt verantwortlich, der die Helligkeit des Nachthimmels um bis zu zehn Prozent über das natürliche Niveau erhöht», zitiert Miraux in «Science of The Total Environment» einen Kollegen. 

Zudem sind Ross zufolge weitere Folgen der Raumfahrt erkennbar: Löcher in der Ionosphäre, Wolkenbildung in der oberen Atmosphäre und Veränderungen in der Zusammensetzung der oberen Atmosphäre. Dies seien vom Menschen verursachte «Weltraumklimaveränderungen». Beeinflussung der Funkwellenausbreitung, der Strahlungsintensität von Wolken in grosser Höhe und der Luftdichte im erdnahen Orbit, verursacht durch Emissionen aus der Raumfahrt, seien potenzielle Risiken, die weiterer Untersuchungen bedürften.

Risiken durch Weltraum-Abfall nehmen zu

Dazu addieren sich Trümmerteile von Kollisionen, Explosionen und anderen «abnormen Ereignissen» im Weltall. Die Europäische Raumfahrtagentur Esa weiss bisher von 650 solchen Vorfällen, bei denen Satelliten oder andere Objekte zerschellten. Rund 54’000 Fragmente mit einer Grösse von mehr als zehn Zentimetern fliegen ihr zufolge aktuell im Orbit herum – mit einer Geschwindigkeit von circa 15 Kilometern pro Sekunde. Dazu kommen etwa 1,2 Millionen ein bis zehn Zentimeter kleine Teile sowie 140 Millionen noch kleinere Fragmente.

«Eine Kollision mit grossen Trümmerteilen führt zum vollständigen Auseinanderbrechen des Raumschiffs und erzeugt dabei wiederum Tausende weiterer Trümmerteile», warnte Loïs Miraux in seinem Artikel in «Science of The Total Environment». Selbst Teilchen in Salzkorngrösse bergen ein Risiko, weil sie Raumfahrtanzüge durchlöchern können, erläuterte die Nasa in einem Bericht. Dort illustrierte sie das zunehmende Problem mit dem «Weltraum-Abfall».

Um das Kollisionsrisiko zu verkleinern, sollen ausgediente Satelliten künftig anstatt 25 nur noch maximal 5 Jahre im Orbit verbleiben dürfen, bevor sie zur Erde zurückkehren. So lautet ein Vorschlag. Das würde angesichts der Pläne von Elon Musk und weiteren Firmen bedeuten, dass künftig täglich zurückkehrende Objekte in der Erdatmosphäre verglühen würden. «Welche Folgen das hat, ist völlig unklar», sagt Miraux. «Am Ende könnte der Griff nach den Sternen einen unerträglichen Preis für die Umwelt der Erde kosten.»