Weltraummüll – Tausende von künstlichen Objekten, die in der Erdumlaufbahn zurückgelassen wurden – stellt eine Gefahr für Menschen dar, wenn er auf die Erde fällt. Um mögliche Absturzstellen zu lokalisieren, hat ein Wissenschaftler der Johns Hopkins University dabei geholfen, eine Methode zu entwickeln, mit der fallender Weltraummüll mithilfe bestehender Netzwerke von Seismometern zur Erfassung von Erdbeben verfolgt werden kann.
Die neue Ortungsmethode liefert detailliertere Informationen nahezu in Echtzeit als die Behörden derzeit zur Verfügung haben – Informationen, die dabei helfen, die verkohlten und manchmal giftigen Überreste schnell zu lokalisieren und zu bergen.
„Wiedereintritte finden immer häufiger statt. Letztes Jahr sind jeden Tag mehrere Satelliten in unsere Atmosphäre eingetreten, und wir haben keine unabhängige Bestätigung darüber, wo sie eingetreten sind, ob sie in Stücke zerbrochen sind, ob sie in der Atmosphäre verglüht sind oder ob sie den Boden erreicht haben“, sagte der Hauptautor Benjamin Fernando, ein Postdoktorand, der Erdbeben auf der Erde, dem Mars und anderen Planeten des Sonnensystems untersucht. „Dies ist ein wachsendes Problem, das sich weiter verschärfen wird.“
Die Ergebnisse werden heute in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht.
Fernando und sein Kollege Constantinos Charalambous, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Imperial College London, rekonstruierten anhand von Seismometerdaten die Flugbahn der Trümmer des chinesischen Raumschiffs Shenzhou-15, nachdem das Orbitalmodul am 2. April 2024 in die Erdatmosphäre eingetreten war. Mit einer Breite von etwa 3,5 Fuß und einem Gewicht von mehr als 1,5 Tonnen war das Modul groß genug, um eine potenzielle Gefahr für Menschen darzustellen, so die Forscher.
Weltraummüll, der in die Erdatmosphäre eintritt, bewegt sich schneller als die Schallgeschwindigkeit und erzeugt daher Überschallknalle oder Schockwellen, ähnlich denen, die von Kampfjets erzeugt werden. Während der Weltraummüll auf die Erde zurast, hinterlässt er Vibrationen in Form von Schockwellen, die den Boden zum Beben bringen und Seismometer auf ihrem Weg zum Klingen bringen. Durch die Kartierung der aktivierten Seismometer können Forscher die Flugbahn des Trümmerteils verfolgen, seine Bewegungsrichtung bestimmen und abschätzen, wo es möglicherweise gelandet ist.
Durch die Analyse der Daten von 127 Seismometern in Südkalifornien berechneten die Forscher die Flugbahn und Geschwindigkeit des Moduls. Mit einer Geschwindigkeit von Mach 25 bis 30 raste das Modul durch die Atmosphäre und flog in nordöstlicher Richtung über Santa Barbara und Las Vegas hinweg – mit etwa der zehnfachen Geschwindigkeit des schnellsten Jets der Welt.
Die Forscher nutzten die Intensität der seismischen Messwerte, um die Höhe des Moduls zu berechnen und genau zu bestimmen, wie es in Fragmente zerbrach. Anschließend schätzten sie anhand von Berechnungen zu Flugbahn, Geschwindigkeit und Höhe, dass sich das Modul etwa 25 Meilen nördlich der vom US-Weltraumkommando auf der Grundlage von Messungen seiner Umlaufbahn vorhergesagten Flugbahn befand.
Von Flammen umhüllt, produzieren herabfallende Trümmer manchmal giftige Partikel, die stundenlang in der Atmosphäre verbleiben und mit wechselnden Wetterbedingungen zu neuen Teilen des Planeten gelangen können. Die Kenntnis der Flugbahn der Trümmer hilft Organisationen dabei, zu verfolgen, wohin diese Partikel gelangen und wer einem Expositionsrisiko ausgesetzt sein könnte, so die Forscher.
Die nahezu Echtzeit-Verfolgung wird den Behörden auch dabei helfen, Objekte, die auf den Boden fallen, schnell wiederzufinden, so die Forscher. Eine solche schnelle Bergung ist besonders wichtig, da Trümmerteile schädliche Substanzen enthalten können.
„1996 fiel Trümmermaterial der russischen Raumsonde Mars 96 aus der Umlaufbahn. Man ging davon aus, dass es verglüht sei, und seine radioaktive Energiequelle landete unbeschädigt im Ozean. Man versuchte damals, sie aufzuspüren, aber ihr Standort konnte nie bestätigt werden“, sagte Fernando. „Vor kurzem fand eine Gruppe von Wissenschaftlern in einem Gletscher in Chile künstliches Plutonium, das ihrer Meinung nach ein Beweis dafür ist, dass die Energiequelle während des Abstiegs aufgebrochen ist und die Gegend kontaminiert hat. Wir würden von zusätzlichen Ortungsinstrumenten profitieren, insbesondere für die seltenen Fälle, in denen Trümmer radioaktives Material enthalten.“
Bisher mussten sich Wissenschaftler auf Radardaten verlassen, um ein Objekt zu verfolgen, das sich in einer niedrigen Erdumlaufbahn befand, und vorherzusagen, wo es in die Atmosphäre eintreten würde. Das Problem dabei ist laut den Forschern, dass die Vorhersagen zum Wiedereintritt im schlimmsten Fall um Tausende von Kilometern daneben liegen können. Seismische Daten können Radardaten ergänzen, indem sie ein Objekt nach seinem Eintritt in die Atmosphäre verfolgen und so eine Messung der tatsächlichen Flugbahn liefern.
„Wenn man helfen will, ist es wichtig, schnell herauszufinden, wo es heruntergefallen ist – beispielsweise innerhalb von 100 Sekunden statt 100 Tagen“, sagte Fernando. „Es ist wichtig, dass wir so viele Methoden wie möglich entwickeln, um Weltraummüll zu verfolgen und zu charakterisieren.“
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