Das Zwitschern des Kosmos: Tschechische Studie verbessert Schutz von Satelliten
Der Weltraum ist weder leer noch still – er spricht eine Sprache, die Wissenschaftler erst allmählich entschlüsseln. Eine neue Studie tschechischer Forscher zeigt nun, dass kosmische Wellen in Raum und Zeit einer überraschend festen Ordnung folgen. Diese Entdeckung kann wesentlich zum Schutz von Fernseh- und Telekommunikationssatelliten beitragen.
Die Wissenschaftler machen das Signal hörbar, indem sie die Satellitenmessungen aus dem Erdmagnetfeld direkt an einen Lautsprecher koppeln. Diese Geräusche würden als Chorus bezeichnet, sagt Ondřej Santolík vom Institut für Atmosphärenphysik der Prager Akademie der Wissenschaften. Ihm zufolge sind sie in der Morgendämmerung – direkt an der Grenze zwischen Tag- und Nachtseite der Erde – am intensivsten.
Die Chorus-Wellen im Magnetfeld
Die kosmische Umgebung der Erde ist von einem dünnen, gasförmigen Plasma ausgefüllt, das hauptsächlich aus positiv geladenen Protonen und negativ geladenen Elektronen besteht. Santolík beschreibt:
„Wenn man in der Lage wäre, ein Elektron in die Hand zu nehmen und es in ein Magnetfeld zu werfen, würde es beginnen, sich darin zu drehen – wie auf einem Karussell. Es kreist praktisch senkrecht zu den Feldlinien.“
Durch diese Bewegung des Plasmas im Erdmagnetfeld entstehen Wellen unterschiedlicher Tonhöhen. Santolíks Kollegin Ivana Kolmašová erklärt:
„In einer Distanz von etwa vier Erdradien liegt dieses kosmische Zwitschern auf recht hohen Frequenzen. Je weiter wir uns jedoch von der Erde entfernen, desto tiefer wird der Ton.“
Gefährliche Strahlung für winzige Mikrochips
Obwohl Plasma im Weltraum eine natürliche Umgebung bildet, verträgt die menschliche Technik es nur schlecht. Die zwitschernden Wellen können innerhalb weniger Stunden deutlich anschwellen. Die Folge ist eine stark erhöhte Strahlung, die Satelliten massiv beschädigt. Kolmašová:
„Mit fortschreitender Technologie verschärft sich das Problem. Moderne Mikrochips – das Herzstück eines jeden Bordcomputers – sind heute so winzig, dass hochenergetische Teilchen dort gravierende Schäden anrichten können.“
Der Weltraum-Chorus ertönt zehntausende Kilometer von der Erde entfernt – genau dort, wo beispielsweise Fernsehsatelliten kreisen. Santolík erklärt die Brisanz dieses Ortes:
„Auf der sogenannten geostationären Umlaufbahn kreisen die Satelliten immer über demselben Punkt der Erdoberfläche. Wir richten unsere Parabolantennen auf eine feste Stelle über dem Äquator, und dort befindet sich der sendende Satellit. Ausgerechnet auf dieser Umlaufbahn registrieren wir jedoch manchmal sehr starke Chorus-Wellen. Diese können die Strahlung im äußeren Strahlungsgürtel innerhalb weniger Stunden abrupt ansteigen lassen und die Satelliten massiv beschädigen.“
Um exakt mit der Erdrotation Schritt zu halten, müssten die Satelliten aber genau diese Flughöhe beibehalten, betont Santolík:
„Würden wir den Satelliten näher an die Erde bringen, müsste er sich mit einer höheren Geschwindigkeit bewegen und liefe der Erdrotation praktisch davon. Platzieren wir ihn hingegen weiter weg, ist er zu langsam, und die Erde dreht sich unter ihm weg.“
Feste Strukturen statt reinem Zufall
Vor der Strahlung können die Satelliten auf ihrer Bahn zwar nicht ausweichen, doch sie können zumindest vorübergehend abgeschaltet werden. Voraussetzung dafür ist eine rechtzeitige Warnung. Kolmašová schildert den aktuellen Stand der Technik:
„Mithilfe von Modellen und Beobachtungen können wir abschätzen, wann eine gefährliche Situation eintritt. So lässt sich der Satellit rechtzeitig ausschalten oder in einen sicheren Zustand versetzen. Allerdings sind diese Vorhersagemodelle noch nicht perfekt.“
Die Forscher des Instituts für Atmosphärenphysik hätten nun jedoch neue Gesetzmäßigkeiten in diesem kosmischen Zwitschern entdeckt, wie Ondřej Santolík berichtet:
„Wir haben die Zeitintervalle zwischen den einzelnen Wellenimpulsen gemessen, um zu prüfen, ob diese völlig zufällig entstehen. Das Ergebnis zeigt klar: nein. Chorus-Wellen treten in Clustern auf – die einzelnen Ereignisse hängen direkt voneinander ab.“
Das kosmische Phänomen verhält sich demnach wie einzelne Strophen in einem Lied – und genau diese feste Struktur könnte die Vorhersagen gefährlicher Strahlung revolutionieren. Die Datenbasis für diese Entdeckung lieferte die Cluster-Satellitenmission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA). Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht.
