Die Lichtverschmutzung des Nachthimmels durch künstliche Beleuchtung nimmt rapide zu. Fast nirgendwo auf der Erde ist es noch richtig dunkel und auch drei Viertel der großen astronomischen Observatorien sind trotz ihrer meist entlegenen Standorte vom menschengemachten Streulicht betroffen. Inzwischen kommt jedoch ein weiteres Problem hinzu: Lichtreflexionen und Streulicht von Satelliten. Fast 15.000 aktive Satelliten kreisen heute in der Erdumlaufbahn, dazu kommen 32.000 inaktive Satelliten und große Weltraumschrottteile.
Rasanter Ausbau von Satellitenkonstellationen
Doch das ist erst der Anfang: Mehr als 1,7 Millionen weitere Satelliten sind bereits offiziell beantragt und geplant. Allein das US-Unternehmen SpaceX will neben seiner Starlink-Satellitenkonstellation rund eine Million weitere Satelliten für weltraumbasierte Rechenzentren in den Orbit bringen. China plant für seine Mega-Konstellationen CTC-1 und CTC-2 jeweils 100.000 Satelliten ein, das Unternehmen E-Space hat für seine Mega-Konstellation „Cinnamon“ rund 300.000 Satelliten beantragt.
„Bislang konnten wir die Situation bewältigen, aber es wird immer kritischer“, warnt der Astronom Olivier Hainaut vom European Southern Observatory (ESO). „Wenn ein Satellit unser Beobachtungsfeld kreuzt, hinterlässt er einen hellen Streifen auf der Aufnahme und überdeckt alles, was sich dahinter befindet.“ Dazu komme das von den Satelliten erzeugte diffuse Streulicht, das den Nachthimmel insgesamt aufhellt.
Sichtbare Folgen schon bei lichtschwachen Satelliten
Hainaut hat jetzt erstmals quantitativ ermittelt, welche direkten und indirekten Folgen die geplanten Satelliten-Konstellationen für die Astronomie hätten. Das Ergebnis: Schon das geplante Satelliten-Netzwerk von SpaceX würde unsere Himmelssicht massiv verändern. Denn die Lichtreflexionen von tausenden Satelliten wären dann schon mit bloßem Auge am Nachthimmel sichtbar – vergleichbar mit der Zahl der heute mit bloßem Auge erkennbaren Sterne.
Für die Astronomie wäre dies verheerend: In fast jeder Aufnahme großer Teleskope wie des Very Large Telescope (VLT) der ESO in Chile würden während eines großen Teils der Nacht Dutzende von Satellitenspuren auftauchen. „Dies verursacht einen Verlust des nutzbaren Sehfelds um zehn bis 20 Prozent – Satelliten werden dadurch zum dominierenden Grund für Datenverluste, stärker noch als schlechtes Wetter oder technische Ausfälle“, erklärt Hainaut.
Dieses Diagramm zeigt die Anzahl der Satelliten, die über dem Very Large Telescope (VLT) in Chile sichtbar wären, falls SpaceX seine geplante Konstellation von einer Million Satelliten realisiert. Orange sind Satelliten, die an dunkeln Standorten mit bloßem Auge sichtbar wären, rot markierte wären selbst von Städten aus sichtbar. — © ESO/ O. Hainaut
Mobilfunknetze und orbitale Spiegel
Doch diese Berechnungen gelten nur für lichtschwache Satelliten wie die der SpaceX-Konstellationen. Unter den geplanten Konstellationen sind aber auch die Mobilfunk-Satellitennetze AST und D3000, deren Satelliten jeweils eine Oberfläche von 223 Quadratmetern haben sollen – entsprechend viel Raum für Lichtreflexionen. Selbst wenn nur rund 300 dieser Mobilfunksatelliten im Orbit kreisen, könnten sie ein bis sechs Prozent der Aufnahmen hochsensibler Teleskope wie dem neuen Rubin-Observatorium unbrauchbar machen, wie Hainaut errechnet hat.
Noch drastischer wäre es jedoch, wenn die Satelliten des US-Start-ups Reflect Orbital in die Umlaufbahn starten. Dieses plant ein orbitales Netzwerk aus sehr großen, spiegelartigen Satelliten, die am Anfang und Ende der Nacht kilometergroße Lichtkegel aus reflektiertem Sonnenlicht auf die Erdoberfläche leiten sollen. Dies soll die Stromproduktion durch Solaranlagen erhöhen. Noch im Jahr 2026 ist der Start eines Prototyps in den Orbit geplant, bis 2035 soll das Netzwerk rund 50.000 Satelliten umfassen.
Heller als die Venus
Die Auswirkungen eines solchen Spiegelsatelliten-Netzwerks wären dramatisch – nicht nur für die Astronomie. „Die von der Sonne angestrahlten Satelliten hätten eine Magnitude von -4 bis 0 und wären damit am Himmel heller als die hellsten Sterne“, erklärt Hainaut. Selbst wenn der Lichtkegel nicht direkt auf den Beobachter trifft, erschiene ein solcher Spiegelsatellit heller als die Venus. „Bei einer Konstellation aus 5000 solcher Satelliten würden 130 solcher Venus-hellen Objekte das Sichtfeld kreuzen, bei 50.000 Satelliten wären es 1300“, so der Astronom.
Für uns bedeutet dies: Aus einer von Lichtverschmutzung betroffenen Großstadt wie München oder Berlin wären diese Satelliten die einzigen Lichtpunkte, die wir noch am Himmel sehen könnten – und dies gilt schon dann, wenn diese Spiegelsatelliten uns nicht direkt anstrahlen. Würden wir im Lichtkegel des auf die Erde gestrahlten Sonnenlichts stehen, erschiene der Satellit sogar viermal heller als der Vollmond, wie Hainaut ermittelt hat.
Leistungsstarke Teleskope komplett geblendet
Entsprechend schwerwiegend wären die Folgen für die Astronomie: Schon ein einziger durch das Sichtfeld eines Teleskops fliegender Spiegelsatellit könnte die in dieser Zeit gemachten Aufnahmen komplett ruinieren. Denn die Kameras von leistungsstarken Teleskopen wie dem Rubin-Observatorium sind so lichtempfindlich, dass schon eine Satellitenspur den Detektor komplett übersättigen kann, wie Hainaut erklärt. Bei 50.000 Reflect-Orbital-Satelliten wäre nahezu jede Aufnahme betroffen.
Links: Nachthimmel über dem Paranal-Observatorium heute, Rechts: Durch Streulicht der geplanten Reflect-Orbital-Satelliten aufgehellt. — © ESO/ O. Hainaut
Hinzu kommt das starke Streulicht dieser Spiegelsatelliten. Schon die bis 2030 geplanten 5000 Satelliten würden das natürliche Restlicht des Nachthimmels um 20 bis 30 Prozent verstärken, wie der Astronom berichtet. Wären alle 50.000 Spiegelsatelliten dieses Netzwerks im Orbit, wie für 2035 geplant, würde das Restlicht um 200 bis 300 Prozent stärker werden. „Dark-Sky-Beobachtungen wären dann gar nicht mehr möglich“, so Hainaut.
Grenze bei 100.000 Satelliten ziehen
Was aber kann man tun? Nach Ansicht von Hainaut und anderen Astronomen sind zwei Maßnahmen nötig: Zum einen sollten Satelliten und ihre Solarsegel so konstruiert sein, dass sie möglichst wenig Licht reflektieren – beispielsweise durch entspiegelnde Beschichtungen. Als Grenze für die Helligkeit sieht Hainaut eine Magnitude von sieben. Ein solches Objekt wäre dann nicht mehr mit bloßem Auge erkennbar.
Eine zweite Maßnahme wäre die Begrenzung der Satellitenzahl: Selbst bei einer Helligkeit unter Magnitude sieben sollten nicht mehr als 100.000 Satelliten im Orbit kreisen. „Das ist kein starrer Grenzwert im Sinne von: 99.999 ist gut und 100.001 ist schlecht. Natürlich wären mir 50.000 lieber“, sagt Hainaut. „Aber bei 100.000 bewegen sich die Verluste in etwa auf dem Niveau anderer technischer Ausfälle, wie etwa dem Versagen von Geräten.“
Entscheidung liegt bei der FCC
Mehrere astronomische Organisationen, darunter die Europäische Südsternwarte ESO und die Internationale Astronomische Union, haben bereits Stellungnahmen bei der FCC eingereicht, der US-Behörde, die Satellitenstarts genehmigen muss. „Die FCC hat über 1.800 Stellungnahmen zu Reflect Orbital und fast 1.500 Kommentare zum Antrag von SpaceX erhalten“, erklärt Betty Kiok von der ESO. „Der Ball liegt nun bei der FCC und wir warten ab, welche Entscheidungen zu beiden Anträgen getroffen werden.“
Für die Astronomen geht es hier um weit mehr als nur einen einzelnen Forschungsbereich: „Die niedrige Erdumlaufbahn ist eine kosmische Küstenlinie, die für das moderne Leben von immensem Wert ist – von der globalen Vernetzung bis hin zu unserem freien Blick in das Universum. Wir müssen den ökologischen und visuellen Fußabdruck dieser Megakonstellationen jedoch regulieren, um sicherzustellen, dass diese Ressource unberührt und für kommende Generationen zugänglich bleibt“, konstatiert Hainaut.
Quelle: Olivier Hainaut (European Southern Observatory, Garching), Astronomy & Astrophysics, accepted, doi: 10.1051/0004-6361/202660006
