Mithilfe seismischer Daten lässt sich die Absturzstelle lokalisieren
Über 10.000 aktive Satelliten umkreisen derzeit die Erde – und bis zum Ende des Jahrzehnts könnte diese Zahl auf das Drei- bis Zehnfache anwachsen. Damit steigt zugleich auch die Anzahl der durch Fehlfunktionen oder das planmäßige Ende ihrer Betriebszeit zur Erde herabstürzenden Satelliten. „Letztes Jahr sind jeden Tag mehrere Satelliten in die Atmosphäre eingetreten, aber wir wissen nicht, ob sie in Stücke zerbrochen sind, ob sie in der Atmosphäre verbrannt sind oder ob sie den Boden erreicht haben", erklärt Benjamin Fernando von der Johns Hopkins University in den USA.
Und das ist ein Problem. Denn wenn größere Trümmerteile den Erdboden erreichen, können sie giftige oder radioaktive Stoffe enthalten. Die Suche nach den Trümmern gestaltet sich allerdings schwierig, wenn die genaue Flugbahn und damit auch die Absturzstelle unbekannt sind. So beispielsweise bei dem sowjetischen Aufklärungs-Satelliten Kosmos 954, der am 24. Januar 1978 nach einer Fehlfunktion auf die Erde stürzte. Als Energiequelle für seine Radarantenne hatte er einen Kernreaktor an Bord – die radioaktiven Trümmer verteilten sich über einen 600 Kilometer langen Streifen im Norden Kanadas. Bis in den Frühling hinein dauerte die Bergung der gefährlichen Bruchstücke des Satelliten.
Noch gravierender war der Absturz der russischen Raumsonde Mars 96. Nach zunächst erfolgreichem Start am 16. November 1996 trat sie – statt zum roten Planeten zu fliegen – aufgrund einer Panne bereits einen Tag später wieder in die Erdatmosphäre ein. Auch hier waren mehrere radioaktive Energiequellen an Bord. Damals vermutete man, die Überreste der Sonde seien ins Meer gestürzt. Doch drei Jahre später stießen Forscher auf einem Gletscher in Chile auf radioaktives Plutonium, das wahrscheinlich von der Marssonde stammt. „Vermutlich ist die Energiequelle beim Absturz zerbrochen und hat das Gebiet kontaminiert“, so Fernando.
Nicht nur radioaktive Stoffe bereiten Fernando Sorgen. Weltraum-Trümmer können auch eine Vielzahl giftiger Stoffe enthalten, Überreste von Treibstoffen oder Batterien, Schwermetalle oder toxische Verbrennungsprodukte. Zusammen mit seinem Kollegen Constantinos Charalambous vom Imperial College London in Großbritannien machte sich der Wissenschaftler deshalb auf die Suche nach besseren Methoden, um Satelliten-Überreste auf der Erde zu lokalisieren.
Das Forscher-Duo stieß auf eine überraschende Möglichkeit. Weltraumtrümmer bewegen sich beim Wiedereintritt mit mehrfacher Schallgeschwindigkeit und erzeugen deshalb eine Stoßwelle, die am Erdboden als Überschall-Knall hörbar ist. Diese Stoßwelle versetzt den Erdboden leicht in Schwingungen – und diese geringfügigen Vibrationen lassen sich mit Seismometern messen. Weltweit dienen Zehntausende von Seismometern der Überwachung von Erdbeben und anderen geophysikalischen Ereignissen.
Fernando und Charalambous haben dieses Verfahren, wie sie jetzt im Fachblatt „Science“ berichten, am Beispiel des chinesischen Orbital-Moduls Shenzhou-15 getestet. Shenzhou-15 war im November 2022 mit drei Astronauten an Bord zur Raumstation Tiangong gestartet. Neben der Raumkapsel und dem Servicemodul gehörte zu Shenzhou-15 auch ein großes Orbitalmodul, dass den Astronauten als zusätzlicher Wohn‑ und Arbeitsraum diente. Nach der Rückkehr der Astronauten zur Erde verblieb das Orbitalmodul im All und trat am 2. April 2024 unkontrolliert in die Erdatmosphäre ein.
Die beiden Wissenschaftler haben für ihre Studie öffentlich zugängliche Daten von 127 Seismometern im südlichen Kalifornien ausgewertet, um die Flugbahn des herabstürzenden, 1,5 Tonnen schweren Moduls zu rekonstruieren. Wie ihre Analyse zeigt, zog das Orbitalmodul seine Bahn mit 25- bis 30-facher Schallgeschwindigkeit in Richtung Nordwest über Santa Barbara und Las Vegas – über 50 Kilometer nördlich von der damals vom U.S. Space Command vorhergesagten Bahn. Der Verlauf der aufgezeichneten Boden-Schwingungen zeige auch, so die Wissenschaftler, dass das Modul in der Atmosphäre sukzessive in kleine Teile zerbrochen sei. Niedergegangen seien die Überreste des Shenzhou-Moduls etwa 30 Kilometer südlich der damaligen Angaben.
Mit Hilfe der bereits weltweit vorhandenen Seismometer lässt sich also der Verlauf eines Wiedereintritts verfolgen. Die Messdaten liefern die genaue Flugbahn, Informationen über den Zerfall des Satelliten und den Ort des Einschlags. „Die Unfähigkeit, herabstürzende Raumfahrzeuge zuverlässig zu verfolgen, verhindern bislang schnelle Reaktionen auf unkontrollierte Wiedereintritte“, betonen die Forscher. Die Nutzung der seismischen Daten könne jedoch künftig das Auffinden von potenziell gefährlichen Trümmern erheblich beschleunigen. Vom Shenzhou-Orbitalmodul wurden allerdings bis heute keinerlei Teile am Boden gefunden. Es könnte, so Fernando und Charalambous, also vollständig verglüht sein.
Bildquelle: Sophia Economon and Benjamin Fernando
