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Gefahren im Orbit: Gefährden Meteoriten unsere Weltraumteleskope?

Weltraumteleskope sind teuer - und im Orbit ziemlich exponiert: Schon ein kleiner Treffer durch einen der vielen winzigen Meteoriten kann sie zerstören, zumindest aber ihre Bahn verändern und die Beobachtungen stören. Warum hört man von solchen Unfällen kaum je etwas?
Hubble

Können Mikrometeoriten Weltraumteleskopen gefährlich werden? Das fragte sich »Sterne-und-Weltraum«-Leser Günter Baigger aus Kriens in der Schweiz, und führt aus: »Inzwischen arbeitet das Gaia-Teleskop schon seit 2014, und ›Sterne und Weltraum‹ konnte man entnehmen, dass es wie erhofft funktioniert und sehr gute Aufnahmen liefert. Ähnliches gilt auch für das Hubble-Weltraumteleskop, das seit mehr als 25 Jahren in Betrieb ist. Ich habe mir überlegt, was passieren würde, wenn ein kleiner Meteorit ein solches Fernrohr trifft. Zu beachten ist, dass hier mit erheblichen Geschwindigkeiten gerechnet werden muss, zwischen 30 und 70 Kilometern pro Sekunde.«

  • Fall a: Der Meteorit trifft die Hülle des Teleskops. Dies würde bereits bei Körpern von einigen Nanogramm eine Erschütterung ergeben, welche die Aufnahmen eine Zeit lang unbrauchbar machen würden. Meteoriten dieser Masse sind so klein, dass sie als Meteore beim Eindringen in die Erdatmosphäre nicht sichtbar sind, und deshalb bedeutend häufiger als Sternschnuppen sein dürften.
  • Fall b: Es wäre auch denkbar, dass ein Teleskopspiegel direkt getroffen wird. Hier würden gravierende Zerstörungen eintreten. Ich schätze, dass bereits der Aufprall eines Körpers von einem Femtogramm die Qualität des Fernrohrs erheblich beeinträchtigen würde. Andererseits stelle ich mir vor, dass diese Teilchen noch häufiger sind als im Fall a.

Dennoch wurde nie von einem derartigen Ereignis berichtet. Lässt sich daraus schließen, dass die Häufigkeit von kleinen Meteoriten im Sonnensystem sehr gering ist?

Darauf antwortet Stefan Jordan, Mitglied der Gaia-Arbeitsgruppe am Astronomischen Rechen-Institut in Heidelberg: »Herrn Baiggers Überlegungen sind vollkommen zutreffend. Beide Fälle treten recht häufig ein. Die Lageregelung von allen Weltraumteleskopen ist auf ›Fall a‹ eingestellt und sieht Gegenmaßnahmen vor. Diese können von einer leichten Lagekorrektur im laufenden Betrieb bis hin zu einem Abbruch der wissenschaftlichen Arbeit und einer völligen Neuausrichtung des Raumfahrzeugs reichen – je nach Größe des Einschlags.

Einschlagkrater
Einschlagkrater | Bei der Mission STS-120 im Jahr 2007 wurde eine Cockpitscheibe des Spaceshuttles Discovery von einem Mikrometeoriten getroffen, der einen mehrere Millimeter großen Einschlagkrater hinterließ. Wegen des Einschlags musste die Scheibe nach der Rückkehr zur Erde ausgetauscht werden.

Direkte Treffer auf Teile der Optik sind in der Tat sehr zerstörerisch. Dabei werden allerdings nicht die Spiegel als Ganzes deformiert – sie verlieren also nicht ihre so sorgfältig auf weniger als 0,0001 Millimeter hergestellte Form –, sondern es entstehen kleine Einschlagkrater auf ihrer Oberfläche. Diese führen einerseits zu einem gewissen Lichtverlust und andererseits zu störendem Streulicht im Teleskop. Bei langem Einsatz unter Weltraumbedingungen werden die Spiegel allmählich ›mattiert‹. Aber wie man an Hubble, Cassini, Gaia und Co sieht: Es dauert glücklicherweise recht lange, bis eine Optik dadurch wirklich unbrauchbar wird.«

Meteoriteneinschlag in den Satellit Gaia
Meteoriteneinschlag in den Satellit Gaia | Hier sind Rohdaten der routinemäßigen Rekonstruktion der Rotationsrate von Gaia dargestellt. Das Bild zeigt einen Zeitraum von 36 Minuten am 20. Dezember 2015. Um 11:04 Uhr MEZ wurde der Satellit von einem winzigen Meteoriten getroffen: Der planmäßige leichte Anstieg der Kipprate wurden von einem plötzlichen Abfall um zirka 55 Millibogensekunden pro Sekunde unterbrochen. Die Gegenreaktion des Lageregelungssystems trat nach rund zehn Sekunden ein, sie schoss zunächst über das Ziel hinaus.

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