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Weltraum: Sonne, Mond und Starlink

Es war einmal: der Sternenhimmel. In den kommenden Jahren werden ihn mehr als 10 000 neue Satelliten stark verändern - mit unabsehbaren Folgen.
Rund 20 Satelliten hat die DECam des Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO) kurz nach dem Start im November 2019 aufgenommen.Laden...

Als der Astronom Anthony »Tony« Tyson im Jahr 2015 zum ersten Mal von Elon Musks »Starlink«-Projekt hörte, machte er sich keine großen Sorgen. »Wir dachten alle, es würde sich um kleine Satelliten handeln«, sagt Tyson. Doch im Mai 2019 kam für den 80-jährigen Forscher der Schock. Die Satelliten, die Elon Musks Firma SpaceX im Weltall aussetzte, waren nicht klein. Und sie waren auch nicht dunkel, sondern reflektierten das Licht der Sonne. Menschen konnten sie Tage nach dem Start mit bloßem Auge sehen: eine Perlenkette hell leuchtender Punkte, die rasch über den Nachthimmel zog.

Die neuen Himmelsobjekte schienen auch große Observatorien zu stören. Im Internet machten Bilder die Runde, auf denen der Sternenhimmel von hässlichen Streifen verdeckt wird: Gruppen von Starlink-Satelliten, die während der langen Belichtungszeit durch das Sichtfeld eines Teleskops gezogen sind. Für Tyson war spätestens jetzt Alarmstufe Rot angesagt: Schließlich ist er der führende Kopf hinter einem ambitionierten neuen Observatorium, das seit fünf Jahren auf einem 2600 Meter hohen Berg in Chile entsteht – und wegen der Starlink-Satelliten weit hinter seinen Möglichkeiten zurückbleiben könnte.

»Das ist die Industrialisierung des Weltraums«
(Tony Tyson, University of California)

2020 soll dieses Vera C. Rubin Observatory fertig werden. Mit ihm wollen Tyson und sein Team unter anderem weit entfernte Supernova-Explosionen aufspüren – und damit die Ausdehnung des Weltalls besser kartieren als bisher. Es ist ein Projekt, das Astrophysiker in aller Welt gespannt erwarten, da es die rätselhafte Dunkle Energie erforschen soll und eine hitzig geführte Debatte über die Ausdehnungsgeschwindigkeit des Alls auflösen könnte.

60 Satelliten mit jedem Start

Doch Starlink wird die Leistungsfähigkeit des Observatoriums empfindlich verringern, fürchtet Tyson. Denn SpaceX plant, immer mehr der Satelliten auszusetzen: Im Mai 2019 startete das US-Unternehmen die ersten 60, im November 2019 noch mal so viele. Seitdem kommen regelmäßig neue dazu: 60 Satelliten am 7. Januar 2020, 60 am 29. Januar, 60 am 17. Februar. Am 18. März ist der nächste Start geplant.

Und letztlich ist das erst der Anfang: SpaceX hat bereits Lizenzen für 12 000 Kommunikationssatelliten erworben, 30 000 weitere sind beantragt. Wenn Starlink Ende der 2020er Jahre vollständig ist, sollen die Satelliten in diversen Erdumlaufbahnen unterwegs sein und die Erde wie ein engmaschiges Netz umgeben – und so große Teile des Globus lückenlos mit Internet versorgen.

SpaceX ist mit dieser Vision nicht allein: Das britische Unternehmen OneWeb möchte 650 Satelliten in diverse Erdumlaufbahnen bringen, 40 sind bereits gestartet. Amazon hat ähnliche Pläne, sie laufen unter dem Projektnamen Kuiper und sehen 3236 Satelliten vor.

Aus 5685 werden 20 000 Satelliten

Wie sehr diese Megakonstellationen den Weltraum verändern werden, zeigt ein Blick in die Geschichte der Raumfahrt: Seit Sputnik hat die Menschheit erst 9285 Objekte ins All gebracht. Aktuell befinden sich noch 5685 von ihnen in einer Erdumlaufbahn, der Rest ist zurück zur Erde gestürzt oder in der Atmosphäre verglüht. Starlink und seine Konkurrenten werden also die Zahl der Satelliten vervielfachen – und den Raum über unseren Köpfen in eine umkämpfte Ressource verwandeln. »Das ist die Industrialisierung des Weltraums«, sagt Tony Tyson.

© Marco Langbroek (sattrackcam.blogspot.com)
Starlink-Satelliten am Nachthimmel

Anfangs konnten Himmelsbeobachter nur mutmaßen, wie schlimm das Ganze werden würde. Empörte Astronomen schrieben sich auf Twitter den Frust von der Seele; und Elon Musk tat wenig, ihre Sorgen zu zerstreuen. Mittlerweile haben sich die Gemüter etwas beruhigt, SpaceX hat eine Kooperation mit Observatorien angekündigt. Auch gibt es jetzt Simulationen dazu, wie sichtbar die Satelliten nachts sein werden.

Eine davon hat Jonathan McDowell vom Harvard Smithsonian Center for Astrophysics für die volle Megakonstellation aus 12 000 Starlink-Satelliten erstellt. Die Sichtbarkeit der Satelliten variiert demnach je nach Breitengrad und Nachtzeit. Bewohner im südlichen Großbritannien werden im Sommer beispielsweise noch um Mitternacht 200 Satelliten mit dem bloßen Auge erspähen können. Der niederländische Astronom Cees Bassa kam bereits im Oktober 2019 zu ähnlichen Ergebnissen.

Damit werden sich die Satelliten hier zu Lande vermutlich weniger in Ballungsgebieten bemerkbar machen, wo ohnehin nur sehr helle Sterne sichtbar sind, aber in Lichtschutzgebieten. Die Dunkelheit steht in diesen Sternenparks gewissermaßen unter Schutz; Bewohner und Besucher sind dazu angehalten, künstliche Beleuchtung so sparsam wie möglich einzusetzen. So sollen Menschen einen relativ unberührten Nachthimmel erleben können, an dem man beispielsweise noch ohne Probleme die Milchstraße erkennt. Die Simulationen von McDowell und Bassa deuten darauf hin, dass Megakonstellationen dieses Erlebnis erschweren werden – und damit ein Stück Kulturgut bedrohen.

Manche Großteleskope können aufatmen

Seit Kurzem gibt es auch erste Studien darüber, wie sehr die Satelliten die Arbeit von Profiastronomen erschweren werden. Eine stammt von der Internationalen Astronomischen Vereinigung (IAU) und enthält keine guten Nachrichten: Die Megakonstellationen seien »Besorgnis erregend«, warnen die Wissenschaftler.

Wie von Tony Tyson befürchtet, werden vor allem auf Himmelsdurchmusterungen spezialisierte Instrumente wie das 8,4-Meter-Teleskop des Rubin Observatory betroffen sein: Da es einen Himmelsausschnitt ins Visier nimmt, der siebenmal so groß wie der Vollmond ist, hat es oft auch einen Starlink-Satelliten im Bild. Und wegen der hohen Empfindlichkeit des Teleskops werden die hellen Punkte die Aufnahmen vermutlich stark stören. 30 Prozent der Bilder mit einer Belichtungszeit von mehr als 30 Sekunden könnten unbrauchbar sein, vermuten die IAU-Wissenschaftler.

Auch die Europäische Südsternwarte ESO hat eine wissenschaftliche Studie in Auftrag gegeben, deren Ergebnisse jüngst im Fachmagazin »Astronomy and Astrophysics« erschienen sind. Die Forscher schickten dafür 26 000 Megakonstellationssatelliten in einen virtuellen Himmel. Damit schätzten sie die Auswirkungen für Teleskope der ESO ab, die sich vor allem in der Atacamawüste von Chile befinden.

Das Ergebnis lässt immerhin einen Teil der Astronomen aufatmen: Großteleskope wie das Very Large Telescope (VLT) oder das sich im Bau befindliche Extremely Large Telescope (ELT) haben bloß »moderate« Einschränkungen zu befürchten. In der Dämmerung könnten bis zu drei Prozent der Aufnahmen auf Grund vorüberziehender Satelliten wertlos sein, während der Nacht sinkt dieser Anteil.

Eine Frage des Sichtfelds

Dass Teleskope wie das VLT oder das ELT deutlich weniger betroffen sein werden als das Rubin Observatory, erklären die Experten mit dem Sichtfeld: Die ESO-Teleskope haben lediglich einen winzigen Himmelsausschnitt im Blick und vergrößern diesen sehr stark. Nur wenn sie viel Pech haben, zieht ein Satellit in diesem kleinen Bereich vorüber – entsprechend gering sind die Beeinträchtigungen.

Arno Riffeser von der Universitätssternwarte München hält diese Einschätzung für plausibel. Auch er sieht die Megakonstellationen als Problem: Am 2,1-Meter-Teleskop des Wendelstein-Observatoriums der Münchner Sternwarte sehe man derzeit durchschnittlich alle 20 Minuten eine Satellitenspur, erzählt Riffeser. »Mit fünfmal so vielen Satelliten dank Starlink wird es deutlich schlimmer werden.«

Immerhin kann man versuchen, die Satellitenspuren durch intelligente Software aus Bildern zu entfernen. Genau das haben Tony Tyson und seine Kollegen versucht. Aber: Es funktioniert nicht. Denn die Satelliten hinterlassen eine weitläufige »Geisterspur« in der Aufnahme. Es ist also nicht damit getan, nur die Satellitenbahn aus den Bildern herauszurechnen.

DarkSat und Radiowellen

Ein Trost: »SpaceX hat uns kontaktiert, sie wollen uns helfen«, sagt Tyson. So prüft das Unternehmen gerade, wie die Starlink-Satelliten dunkler zu machen sind, so dass sie weniger Licht reflektieren. Allerdings kann man sie nicht einfach schwarz anmalen. Denn je weniger Licht ein Satellit zurückwirft, desto wärmer wird er – und läuft irgendwann Gefahr, zu überhitzen. »Wir wollen ihnen eine realistische Zahl liefern, um wie viel Prozent sie die Helligkeit verringern müssten, damit wir damit umgehen können«, sagt Tyson. Aber noch wisse niemand, welches Maß an Abdunkelung nötig und für die Satellitenbetreiber auch tatsächlich realisierbar ist.

SpaceX hat im Januar 2020 zu Testzwecken einen dunkleren Satelliten namens »DarkSat« in den Himmel befördert. Jonathan McDowell und seine Kollegen haben ihn mit Teleskopen beobachtet und festgestellt: »Also noch ist er nicht dunkler geworden. Er ist genauso hell wie die anderen Satelliten.« Wie das sein kann, ist unklar – auf eine Anfrage von »Spektrum.de« hat SpaceX nicht reagiert.

Bisher drehen sich Simulationen in erster Linie um Teleskope, die sichtbares Licht nachweisen. Große Sorgen machen sich aber auch Radioastronomen, die langwelligerer Strahlung nachspüren. Da dieser Teil des elektromagnetischen Spektrums auch von Kommunikationssatelliten verwendet wird, könnten Megakonstellationen hier ebenfalls Probleme verursachen, fürchten Astrophysiker.

Wenn Satelliten kollidieren

Fragen wirft noch ein anderer Aspekt des Megaprojekts auf: Was heißt es für die Raumfahrt, wenn statt knapp 6000 bald 25 000 Satelliten um Erdumlaufbahnen konkurrieren? Experten warnen seit Jahren vor dem Problem des Weltraumschrotts, das Megakonstellationen massiv verschärfen könnten: Kollidieren zwei der Satelliten, lassen sie ein Trümmerfeld zurück – das eine Gefahr für andere Satelliten darstellt. Letztlich droht eine unkontrollierte Kettenreaktion, die viele Umlaufbahnen unbenutzbar machen könnte.

»Das Thema betrifft die Nachhaltigkeit der Weltraumnutzung«
(Bernhard Schmidt-Tedd, DLR)

Wie drohend dieses Szenario ist, erlebte die Europäische Raumfahrtagentur ESA am 2. September 2019: Sie führte erstmals in ihrer Geschichte mit einem ihrer Satelliten ein Ausweichmanöver durch. Der Grund: Es drohte ein Zusammenstoß mit einem Starlink-Satelliten.

Auch hier gibt es rein theoretisch eine technische Lösung: »Wenn man die abgeschalteten Satelliten mit hoher Zuverlässigkeit entsorgt, wird dieser Effekt unterdrückt«, sagt Manuel Metz, Experte für Weltraumschrott am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Auch löse eine einzige Kollision noch keinen Kaskadeneffekt aus. Die Voraussetzung sei jedoch: »Es ist sehr wichtig ist, dass die Betreiber die Satelliten am Ende der Lebensdauer entsorgen.«

Unklar ist, ob SpaceX und andere Firmen das tatsächlich tun werden. Zumindest OneWeb aber schreibt sich den verantwortlichen Umgang mit seinem künftigen Weltraumschrott stärker auf die Fahnen als SpaceX – wobei die Starlinks in den niedrigen Erdumlaufbahnen früher oder später quasi automatisch in der Erdatmosphäre verglühen werden. So oder so dürfte auf Weltraumlagezentren ein erhöhter Arbeitsaufwand zukommen: Sie müssen koordinieren, dass Satelliten bei Kollisionsgefahr rechtzeitig ausweichen.

Dürfen die das?

Seit Starlink für Schlagzeilen sorgt, steht auch immer wieder eine weit reichende Frage im Raum: Dürfen die das? Ist es in Ordnung, dass private Unternehmen wie SpaceX, OneWeb und Amazon sich in der Erdumlaufbahn breit machen, allen potenziellen Problemen zum Trotz?

Die Frage hat nicht nur eine moralische, sondern auch eine juristische Komponente: Eine im Januar 2020 erschienene Studie legt nahe, dass die Freisetzung der Satelliten möglicherweise rechtswidrig war, zumindest nach US-amerikanischem Umweltrecht.

Ob das wirklich stimmt, ist allerdings umstritten, sagt Chris Johnson, ein Experte für Weltraumrecht von der Secure World Foundation. Denn nach geltendem Recht habe die US-Kommunikationsbehörde FCC, welche die Lizenzen für die Satelliten vergibt, alles richtig gemacht: »Sie hat sich an die Regeln gehalten.« So sei sie nicht dazu verpflichtet, zu fragen, inwiefern die Megakonstellationen Astronomen beeinflussen werden.

Relevant für die juristische Beurteilung ist daher aus Johnsons Sicht weniger das US-Umweltrecht als vielmehr der Weltraumvertrag von 1967. Laut Artikel II unterliegt der Weltraum einschließlich des Mondes und anderer Himmelskörper »keiner nationalen Aneignung durch Beanspruchung der Hoheitsgewalt, durch Benutzung oder Okkupation oder durch andere Mittel«. Das heißt nicht nur, dass der Mond eben »kein Ami« ist, egal, wie viele Fahnen die US-amerikanischen Astronauten bei ihrem Besuch aufgestellt haben. Sondern auch, dass die Erdumlaufbahnen, die ebenfalls als Weltraum gelten, niemandem gehören.

Staaten können Satellitenbetreibern Lizenzen für den Start und den Betrieb ihrer Satelliten verleihen – die Umlaufbahnen gehören diesen Satellitenbetreibern jedoch nicht. In der Praxis kann man bestimmte Orbits dennoch vereinnahmen, sagt Chris Johnson: »Wenn ein Betreiber eine Umlaufbahn so stark in Anspruch nimmt, dass andere Nutzer diese nicht selbst nutzen könnten, würde ein anderer Staat wahrscheinlich keine Lizenz für diese Umlaufbahn mehr erteilen.«

Massenware statt Qualitätssatelliten?

Auch Bernhard Schmidt-Tedd, Experte für Weltraumrecht am DLR, hält den Weltraumvertrag in der Frage der Megakonstellationen für ausschlaggebend: »Zum einen stellt sich die Frage nach der Güterabwägung zwischen Weltraumfreiheit, Artikel I, und der Rücksichtnahme auf die Interessen Dritter, Artikel IX. Je nach Konstellation könnte man von einer Verdrängungsnutzung sprechen.« Diese Argumentation läuft mehr oder weniger darauf hinaus, dass die Erdumlaufbahnen allen und niemandem gehören, Megakonstellationen diese aber praktisch für sich allein beanspruchen – was nicht zusammenpasst. Über diese Flanke könnte ein Mammutprojekt wie Starlink also rechtlich angreifbar sein.

Und möglicherweise gibt es für Starlink-Kritiker noch einen weiteren juristischen Hebel: »Das Thema betrifft die Nachhaltigkeit der Weltraumnutzung«, sagt Schmidt-Tedd. Im Jahr 2019 wurden im Weltraumausschuss in Wien gerade die Nachhaltigkeitsrichtlinien zur Raumfahrt verabschiedet. Und diese könnten für Unternehmen, die es mit der Entsorgung alter Satelliten nicht zu ernst nehmen, ein Problem werden: So dürften Megakonstellationen wegen ihrer großen Stückzahl oder aus ökonomischen Abwägungen weniger gut vor dem Start auf Fehler getestet werden als herkömmliche Satelliten – und entsprechend häufiger als manövrierunfähiger Weltraumschrott enden.

Somit lautet die Antwort auf die Frage, wie rechtens Starlink ist: Ja, SpaceX darf das – zumindest bislang und solange all diese juristischen Fragen nicht geklärt sind. Es gibt bisher auch keine Regeln, welche die Helligkeit von Satelliten regulieren. Eine entsprechende Petition beim Deutschen Bundestag, die noch bis zum 17. März 2020 läuft, weckt bislang eher mäßiges bis gar kein Interesse.

Für Astronomen wie Tony Tyson mag das frustrierend sein, aber sie geben nicht gewiss auf. Jahrzehntelang hat Tyson auf das »erste Licht« des Rubin Observatory hingearbeitet, im Lauf dieses Jahres soll es endlich so weit sein. Man merkt ihm im Gespräch an, dass seine Vorfreude nun etwas getrübt ist, doch resigniert wirkt er nicht. »Wir haben das Projekt bewusst so geplant, dass wir das Unerwartete entdecken«, sagt Tyson. »Leider ist diese Sache nun Teil davon.«

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