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Astronomen sehen mittlerweile durch Satellitenschwärme ihre Arbeit erschwert. Foto: ESA/Gaia/DPAC
© Foto: ESA/Gaia/DPAC

Gestörter Blick zu den Sternen Satellitenflotten behindern Astronomen

Die Masse von Satelliten in der Erdumlaufbahn gefährdet nicht nur die Raumfahrt. Auch die Astronomie sieht sich von den künstlichen Himmelskörpern beeinträchtigt.

Eine stabile Internetverbindung, selbst in entlegenen Regionen – das versprechen die Betreiber von Satellitenflotten wie SpaceX mit seinem Starlink-Projekt. Aktuell hat das US-Unternehmen rund 1500 dieser Apparate in wenige hundert Kilometer hohe Umlaufbahnen gebracht, im Endausbau sollen es mehrere Zehntausend sein. 

Hinzu kommen weitere Megakonstellationen, die unter anderem von OneWeb, der EU-Kommission und China geplant oder bereits aufgebaut werden.

So hilfreich eine gute Netzanbindung ist, die schiere Menge an Satelliten gefährdet die Raumfahrt durch mögliche Zusammenstöße. Umherfliegende Trümmer wiederum können weitere Crashs herbeiführen, sodass manche Fachleute einen sich selbst verstärkenden Effekt befürchten.

Auch Astronominnen und Astronomen ärgern sich über die Satellitenschwärme. Sie können die Beobachtungen empfindlich stören oder gar unmöglich machen. Das betrifft nicht nur die optische, sondern auch die Radioastronomie.

Anfangs wurden die Satellitenflotten unterschätzt

Anfangs wurden die Folgen der Satellitenflotten von etlichen Forschern unterschätzt, doch nun erheben immer mehr ihre Stimme. So hat die International Astronomical Union (IAU) den UN-Ausschuss für die friedliche Nutzung des Weltraums (United Nations Committee on the Peaceful Uses of Outer Space (UN COPUOS) aufgefordert, er möge den Himmel schützen, um auch künftig astronomische Beobachtungen zu ermöglichen.

Wie Satelliten die optische Astronomie stören, wird deutlich, wenn man sich Himmelsaufnahmen ansieht: Über den Teppich aus Sternen und Planeten ziehen sich lange weiße Striche. Es sind die Spuren der Satelliten, die vor dem Teleskop vorbeiziehen und Sonnenlicht in die optischen Sensoren reflektieren. 

Vor allem Weitfeld-Teleskope, mit denen der Nachthimmel beispielsweise nach bisher unentdeckten Asteroiden gescannt wird, werden in ihrer Arbeit gestört werden, sagt Thomas Schildknecht von der Universität Bern und Vertreter der Schweiz in der IAU. „Ein gewisser Prozentsatz der Aufnahmen ist dann unbrauchbar.“

Das computergenerierte Bild der European Space Agency (ESA) zeigt Weltraummüll früherer Weltraummissionen, der neben intakten Satelliten um die Erde kreist. Foto: ESA/picture alliance/dpa Vergrößern
Das computergenerierte Bild der European Space Agency (ESA) zeigt Weltraummüll früherer Weltraummissionen, der neben intakten Satelliten um die Erde kreist. © ESA/picture alliance/dpa

Anders verhalte es sich bei Aufnahmen mit kleinem Gesichtsfeld, also dem fokussierten Blick zu einem fernen Objekt. „Die Chance, dass ein Satellit genau in diesem Moment vor der Linse vorbeihuscht, ist sehr gering.“

Alternativ könnte man die Beobachtungszeit nach einem „Satellitenfahrplan“ ausrichten, um Störungen zu vermeiden. Dies dürfte jedoch zunehmend aufwendig sein, je mehr dieser Geräte am Himmel entlangziehen.

Es sind nicht nur die Satelliten vor der Linse, die Astronomen stören. Die vielen Objekte am Himmel – Satelliten, Raketenstufen und zig Bruchstücke – machen ihn durch Reflexion und Streuung des Sonnenlichts insgesamt heller. Wie stark dieser Effekt künftig sein wird, lässt sich nicht genau sagen. 

Bereits jetzt haben die künstlichen Objekte im Orbit den natürlichen Nachthimmel um rund zehn Prozent aufgehellt. Das schätzt ein Team um Miroslav Kocifaj von der Slowakischen Akademie der Wissenschaften in den „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society“.

„Wenn dieser Wert stimmt und er sich weiter erhöht, können sehr leuchtschwache astronomische Objekte nicht mehr mit erdgebundenen Teleskopen beobachtet werden“, warnt Schildknecht. Die Standorte solcher Apparate werden sorgsam ausgewählt und mittels Vorschriften vor Lichtverschmutzung geschützt.

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„Am Boden kann man das regeln, am Himmel aber nicht.“ Ähnlich verhält es sich mit Radioteleskopen, die auf Strahlung mit größeren Wellenlängen spezialisiert sind. Auch hier können die Antennen der Forscher, die extra in „radioleisen“ Gegenden aufgestellt werden, vom allgemeinen Rauschen der Satelliten gestört werden.

Im Detail sind die Gefahren für die Radioastronomie etwas diffiziler als bei der optischen Beobachtung, die „nur“ lichtempfindlich ist. Radiowellen erstreckten sich über ein weitaus größeres Frequenzspektrum. Es gibt einzelne Frequenzen, die exklusiv den Astronomen vorbehalten sind.

Mobilfunkbetreiber und andere Dienstleister dürfen in diesem Bereich nicht senden und können bei Verstößen angezeigt werden. Allerdings seien weniger als ein Prozent des Spektrums für die Forscher vorgesehen, sagt Benjamin Winkel vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) in Bonn.

„Für aktuelle Forschungsfragen, beispielsweise zur Entwicklungsgeschichte des Universums, reicht das nicht aus. Dafür müssen wir zusätzlich auf weiteren Frequenzen beobachten.“ Das tun die Forscher, in der Hoffnung, dass kein anderer Sender auf dieser Frequenz funkt und sie die schwachen Signale aus dem tiefen All aufzeichnen können.

Der Spielraum für die Wissenschaft wird kleiner

Doch je weiter sich die Kommunikationstechnik entwickelt, umso geringer wird der Spielraum für die Wissenschaftler. Entweder werden neue Frequenzen für technische Anwendungen vergeben oder Geräte gehen kaputt und senden womöglich auf anderen als den ursprünglich zugewiesenen Kanälen. 

Zusätzlich spielt die große Anzahl eine Rolle, wie Winkel erläutert: „Ein einzelner Satellit hat eine weitaus geringere Strahlungsleistung als tausend Stück.“

Und auch den offiziellen „Astronomie-Frequenzen“ droht Gefahr, wenn gleich nebenan ein technischer Sender arbeitet. „Die Frequenzbänder für Satelliten sind festgelegt, aber das heißt nicht, dass sie bei anderen Frequenzen nichts abstrahlen würden“, sagt der Radioastronom. Bauartbedingt emittieren die Antennen auch über das gewünschte Frequenzband hinaus.

Um den Konflikt mit den Radioastronomen und „ihrem“ Band bei 10,6 bis 10,7 Gigahertz zu entschärfen, wurde das ursprünglich geplante Frequenzband für Starlink etwas verschoben, um einen größeren Abstand zu erzielen. Für den Funkverkehr vom Weltraum zur Erde müssen die Satelliten nun das Band zwischen 10,95 und 12,75 GHz nutzen. Zudem hat Starlink laut Winkel die Satelliten so gebaut, dass bei den Astro-Frequenzen möglichst wenig „Nebenbandaussendungen“ entstehen.

In der anderen Richtung, also für die Signale von den Benutzer-Terminals zu den Satelliten, ist das Spektrum von 14,0 bis 14,5 GHz vorgesehen. „Damit ist ,unser’ Band zwischen 14,47 und 14,5 GHz direkt betroffen“, sagt MPIfR-Forscher Winkel. „Hier ließ sich der Schutz dadurch bewerkstelligen, dass in einem bestimmten Gebiet um unser Teleskop in Effelsberg die Terminals nicht betrieben werden sollen.“ 

Ob sich die Radioastronomen in allen anderen Ländern, in denen der Service von Internetsatelliten etabliert werden soll, ebenso durchsetzen können, ist eine andere Frage. Winkel setzt auf Dialog statt Konfrontation mit den Betreibern und sagt diplomatisch: „Im Moment hat die Radioastronomie noch kein Problem mit den Satellitenflotten.“ Aber, fügt er hinzu, „es hat ja gerade erst angefangen.“

Um die optische Astronomie zu schützen, gibt es andere Ansätze. Dazu gehören eine spezielle Lackierung, die weniger Licht reflektiert, oder Manöver, die den Apparat nahe der Teleskope schwenken, damit die Solarpanels weniger Licht auf die Linse werfen.

Ob sich die Betreiber auf solche Extras einlassen? Mit dem Weltraumrecht ist ihnen nicht beizukommen. Die Regeln für die Nutzung des Alls wurden in den Sechzigerjahren verfasst und bewusst offengehalten.

Heute, wo sich die Zahl der Raketenstarts und erst recht der Satelliten binnen kurzer Zeit vervielfacht hat, fordern viele Fachleute, strenger einzugreifen und ein Space Traffic Management einzuführen: Vorfahrtsregeln fürs All und Vorschriften, um Raumfahrtschrott zu minimieren. Es ist ein Vorhaben für ein Jahrzehnt, mindestens, obwohl der Leidensdruck bei den Satellitenbetreibern schon viel länger währt als bei den Astronomen.

Starlink-Satelliten wie auf einer Schnur aufgereiht

Thomas Schildknecht ist dennoch zuversichtlich, dass auch die Interessen seiner Zunft berücksichtigt werden. „Die Firmen wie SpaceX brauchen das Geld von Investoren“, sagt er. „Sie können es sich nicht leisten, schlecht dazustehen, weil sie den Anblick des Himmels verändern.“

Er fand es ja selbst ganz faszinierend, als er erstmals die Starlink-Satelliten wie auf einer Schnur aufgereiht über sich hinwegziehen sah, erzählt der Forscher. „Aber wenn man sich vorstellt, das das immer zu sehen ist, von jedem abgeschiedenen Ort der Erde aus?“

So argumentiert auch die Deutsche Astronomische Gesellschaft, die sich für den „Schutz des Sternenhimmels als einzigartigem Kulturerbe der Menschheit“ einsetzt. Mit Zehntausenden zusätzlichen Objekten in der Erdumlaufbahn könnte die Zahl der sichtbaren Satelliten die der mit bloßem Auge erkennbaren Sterne übersteigen, heißt es in einer Einschätzung. 

„Dies wird den Nachthimmel, dessen Anblick die Menschheit seit Anbeginn fasziniert und inspiriert, für immer verändern.“ Die Gesellschaft fordert daher, „durch internationale Vereinbarungen beim zukünftigen Ausbau von Satellitenkonstellationen den Schutz des Nachthimmels über das gesamte elektromagnetische Spektrum als menschliches Kulturgut und Forschungsobjekt zu gewährleisten.“

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