Die Suche nach Satelliten-Schwärmen

1945, also lange, bevor es überhaupt künstliche Erdbegleiter gab, beschrieb Clarke, dass Raumstationen oder Satelliten in einer bestimmten Höhe über dem Äquator ideale Beobachtungposten und Kommunikationsmittel wären. Denn sie würden dort so schnell um die Erde kreisen wie diese rotiert; somit befänden sie sich stets über demselben Punkt.

Tatsächlich hatte die Idee einer solchen geostationären Umlaufbahn Herman Protočnik bereits 1928 publiziert. Der slowenisch-österreichische Offizier, Elektrotechniker und Raumfahrttheoretiker beschrieb sie unter dem Pseudonym Hermann Noordung in seinem Buch „Das Problem der Befahrung des Weltraums“.

Dieser visionäre Vorschlag ist inzwischen Realität. Heute gibt es über 560 Satelliten in solchen Orbits, knapp 35.800 Kilometer über der Erdoberfläche. Sie bewegen sich mit einer Eigengeschwindigkeit von 3,07 Kilometer pro Sekunde und bilden das Rückgrat der modernen Telekommunikation und Erdbeobachtung. Der erste, Syncom 3, wurde am 19. August 1964 mit einer Rakete vom Typ Delta D von Cape Canaveral aus gestartet und übertrug TV-Berichte von den olympischen Sommerspielen in Tokio in die USA.

Clarke-Gürtel bei Exoplaneten?

„Der Clarke-Exogürtel ist der erste Technomarker einer schon heute bei uns vorhandenen Technik. Wir wissen, dass wir Satelliten bauen. Und da wir das können, ist die Annahme vernünftig, dass andere Zivilisationen sie auch herstellen“, betont Hector Socas-Navarro den Vorteil dieses neuartigen Ansatzes, nach außerirdischen Intelligenzen zu suchen. „Andere hypothetische extraterrestrische Technomarker basieren hingegen auf Science-Fiction-Technologien, über die wir nur sehr wenig wissen.“

Die Suche nach Clarke-Exogürteln kann bald beginnen, denn Astronomen studieren bereits Planeten bei einigen Dutzend bis einigen Tausend Lichtjahren entfernten Sternen. Über 5000 sind inzwischen bekannt. Für weitere fast 9000 gibt es Hinweise, die gegenwärtig überprüft werden. Über zwei Drittel der identifizierten Planeten sind Gasriesen mit Massen von Neptun bis viel mehr als Saturn. Nur vier Prozent der Welten sind felsig und von ähnlichem Ausmaß wie die Erde oder kleiner. Die anderen, größeren Planeten nennt man Supererden; auch sie haben überwiegend feste Oberflächen.

Das James Webb Space Telescope wird ausgewählte Exoplaneten gezielt ins Visier nehmen. Außerdem werden zurzeit irdische Riesenteleskope mit Hauptspiegeln von 30 Meter und mehr errichtet, die in einigen Jahren ebenfalls die Atmosphären und Umgebungen ferner Planeten minutiös analysieren sollen: das Giant Magellan Telescope (GMT) am Las-Campanas-Observatorium im Hochland von Chile, das Extremely Large Telescope (ELT) auf dem Cerro Amazones, auch in Chile, und das Thirty Meter Telescope (TMT) auf dem Mauna Kea, Hawaii.

Weil dabei ohnehin nach natürlichen Monden und Ringen gefahndet wird, ist die Suche nach Exogürteln quasi kostenlos und erfordert keine zusätzlichen Instrumente oder Beobachtungszeiten, sondern nur Aufmerksamkeit bei den Datenanalysen. Freilich müssten die Außerirdischen Milliarden Satelliten in ihrem Clarke-Gürtel haben – etwa 0,01 Prozent der Sichtfläche von uns aus gesehen –, damit wir sie in den nächsten beiden Jahrzehnten aufspüren können.

Socas-Navarro weist darauf hin, dass sich seine Hypothese auch umkehren lässt: „Der Clarke-Gürtel der Menschheit ist wahrscheinlich zu dünn, um im Moment von Exoplaneten aus erkennbar zu sein – zumindest mit einer Technologie wie unserer. Aber in den letzten Dekaden nahm seine Bestückung exponentiell zu. Wenn sich dieser Trend fortsetzt, wäre unser Clarke-Gürtel bis zum Jahr 2200 von anderen Sternen aus nachweisbar.“ Und er ergänzt: „Wollen wir nachweisbar sein? Dies ist eine interessante Debatte, die die Menschheit bald führen muss.“

Skeptische Simulationen

Mit realistischeren Berechnungen haben Shauna Sallmen und Kaisa Crawford-Taylor von der University of Wisconsin zusammen mit Eric J. Korpela von der University of California die Erwartungen allerdings gedämpft. Einerseits wirkt sich der zuvor in den Simulationen nicht berücksichtigte etwas dunklere Rand eines Sterns negativ aus auf die Chancen, einen Clarke-Exogürtel um einen Planeten nachzuweisen, während dieser vor dem Stern vorüberzieht. Andererseits sind auch die errechneten Bahneigenschaften von Exogürteln ungünstiger, als zunächst angenommen.

Planeten im lebensfreundlichen Bereich bei Roten Zwergen vom Spektraltyp K und M kreisen relativ nahe um diese kleinen Sterne. Daher kehren sie ihrem Heimatstern immer dieselbe Seite zu. In solchen Konstellationen einer gebundenen Rotation sind geostationäre Exogürtel allerdings instabil, wie die Computersimulationen von Sallmen und ihren Kollegen zeigen. Bei sonnenähnlicheren Sternen vom Spektraltyp F und G sind ausreichend alte Planeten mit Clarke-Exogürteln zwar möglich. Allerdings müssten diese sehr dicht mit Satelliten bestückt sein, um eine klare Signatur in den von uns aus messbaren Transit-Lichtkurven zu hinterlassen.

„Detektierbare Gürtel würden einen hohen Grad an Ordnung und aktiver Steuerung aufweisen, um Kollisionen zwischen den Satelliten zu vermeiden, sonst wären sie in kurzer Zeit zerstört. Daher sind sie wohl selten“, schreiben die Forscher im Astronomical Journal.

Katastrophaler Kessler-Effekt

Selbst die Satelliten in geostationären Bahnen um die Erde könnten ohne aktive Bahnkorrekturen innerhalb von ein paar Dutzend Jahren zusammenstoßen. Manche fliegen bereits heute weniger als 100 Kilometer voneinander entfernt im All. Hinzu kommt die Gefahr durch Mikrometeoriten-Treffer. In erdnäheren Umlaufbahnen ist die Kollisionswahrscheinlichkeit noch signifikant größer. Und je dichter ein Orbitalbereich besetzt ist, desto wahrscheinlicher sind weitere Kollisionen. Die dabei entstehenden Trümmer führen rasch zu einer kaskadenartigen Verstärkung.

Dieser Kessler-Effekt – benannt nach dem amerikanischen Astronomen und NASA-Mitarbeiter Donald J. Kessler, der bereits 1978 davor gewarnt hat – kann Umlaufbahnen für Satelliten rasch ganz unbrauchbar machen. Das ist schon jetzt ein nicht zu unterschätzendes Problem für die irdische Raumfahrt.

Ein dicht bevölkerter Clarke-Exogürtel müsste also, falls er nachgewiesen würde, sorgfältig kontrolliert und ständig nachjustiert werden. Sogar dann sind die Entdeckungschancen aber gering, meint Shauna Sallmen. Selbst bei wenigen 100 Lichtjahre fernen Sternen wären ein paar Dutzend präzise Transit-Messungen nötig – und nicht nur minimal vier, wie zuvor erhofft. Das ist für das James Webb Space Telescope oder den Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), der seit 2018 alle sonnennahen Sterne nach Planeten absucht, nicht zu schaffen. Zudem besteht Verwechslungsgefahr mit natürlichen Phänomenen: etwa Ringen um Planeten ähnlich wie beim Saturn, Gesteinsgürteln, Staubschwaden oder Kometenwolken, obschon deren Spektren etwas andere Absorptionseigenschaften haben.

„Clarke-Exogürtel sind selten und die Aussichten ungünstig, sie jetzt oder bald irgendwo zu entdecken“, lautet die Schlussfolgerung der Forscher.

Trotzdem ist die Suche nach Technosignaturen bei Exoplaneten kein völlig hoffnungsloses Unterfangen – zumal die Daten ja nicht extra dafür gewonnen werden müssen. Und größere Strukturen von technisch weiter entwickelten Zivilisationen lassen sich leichter aufspüren, etwa Orbitalreflektoren als Himmelsscheinwerfer oder riesige Sonnenkollektoren zur Energiegewinnung (bild der wissenschaft 2/2022, „Außerirdische Superintelligenzen“). Vielleicht sind ihre Heimatplaneten bereits in unseren aktuellen Katalogen verzeichnet und brauchen bloß noch genauer inspiziert zu werden.