Der Klimawandel bedroht die Nachhaltigkeit der Raumfahrt: Satellitentrümmer könnten dramatisch zunehmen
Eine MIT-Studie zeigt, dass die Treibhausgasemissionen die obere Atmosphäre verändern, die Kapazität der erdnahen Umlaufbahn verringern und das Risiko von Kollisionen im Weltraum erhöhen.
Die Auswirkungen des Klimawandels sind nicht nur auf der Erde zu spüren, sondern auch im nahen Weltraum. Luft- und Raumfahrtingenieure des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben herausgefunden, dass die Treibhausgasemissionen zu einer Verringerung der Thermosphäre führen, einer kritischen Schicht der Atmosphäre, in der Satelliten und die Internationale Raumstation kreisen.
Dadurch verringert sich der atmosphärische Luftwiderstand, eine natürliche Kraft, die alte Satelliten und anderen Weltraumschrott in niedrigere Höhen zieht, wo sie schließlich beim Kontakt mit der dichteren Atmosphäre verglühen. Durch die Verringerung dieses Luftwiderstands könnte Weltraumschrott jahrzehntelang in der Umlaufbahn verbleiben, sich ansammeln und das Risiko von Kollisionen erhöhen.
Die in der Zeitschrift Nature Sustainability veröffentlichte Studie warnt davor, dass die „Tragfähigkeit“ der erdnahen Umlaufbahn aufgrund dieser Veränderungen bis zum Jahr 2100 um 50 bis 66 % abnehmen könnte.
Diese Entdeckung stellt eine Herausforderung für die Luft- und Raumfahrtindustrie dar, die in den letzten Jahren mit dem massiven Start von Satelliten, die für die Bereitstellung von Breitband-Internet, Telekommunikation, Navigation und anderen wichtigen Diensten bestimmt sind, ein beispielloses Wachstum erlebt hat.
"Unser Umgang mit Treibhausgasen auf der Erde wirkt sich darauf aus, wie wir Satelliten in den nächsten 100 Jahren betreiben werden ", sagt Richard Linares, außerordentlicher Professor am MIT Department of Aeronautics and Astronautics. "Wenn wir diese Aktivitäten nicht sorgfältig steuern und unsere Emissionen reduzieren, könnte der Weltraum zu überfüllt werden, was zu mehr Kollisionen und Trümmern führen würde.
Die Thermosphäre in Gefahr
Die Thermosphäre, der Bereich der Atmosphäre, der sich zwischen 80 und 600 Kilometern Höhe erstreckt, ist der Schlüssel zur Aufrechterhaltung des Gleichgewichts in der niedrigen Erdumlaufbahn. Natürlich zieht sich diese Schicht in 11-Jahres-Zyklen als Reaktion auf die Sonnenaktivität zusammen und dehnt sich aus: In Phasen geringer Sonnenaktivität kühlt sich die Thermosphäre ab und schrumpft, in Zeiten höherer Aktivität dehnt sie sich wieder aus.
Wissenschaftler haben jedoch festgestellt, dass sich diese Kontraktion verstärkt hat und nicht nur dem Sonnenzyklus folgt, sondern auch durch den Anstieg der Treibhausgase in der Erdatmosphäre beeinflusst wird.
In den 1990er Jahren fragten sich die Forscher bereits, welche Auswirkungen diese Gase auf die Thermosphäre haben würden. Erste Modelle deuteten darauf hin, dass Treibhausgase zwar in der unteren Atmosphäre Wärme speichern, in größeren Höhen aber das Gegenteil bewirken: Sie strahlen Wärme ab und kühlen die Thermosphäre ab, wodurch sie sich zusammenzieht. Im Laufe der Zeit hat diese Verringerung zu einer geringeren atmosphärischen Dichte in der niedrigen Umlaufbahn geführt, was wiederum den Luftwiderstand verringert, der normalerweise dazu führt, dass stillgelegte Satelliten und Weltraummüll entfernt werden.
"Der Himmel stürzt ein, nur in einem Tempo, das sich über Jahrzehnte erstreckt", sagt William Parker, Hauptautor der Studie und Doktorand am MIT. "Wir können das sehen, wenn wir uns ansehen, wie sich der Luftwiderstand unserer Satelliten verändert.
Ein zunehmend überfüllter Raum
Derzeit befinden sich mehr als 10 000 Satelliten in der Erdumlaufbahn, und diese Zahl dürfte in den kommenden Jahren aufgrund des Wachstums der Raumfahrtbranche weiter steigen. Private Unternehmen wie SpaceX, Amazon und OneWeb haben Tausende von Satelliten in die Umlaufbahn gebracht, um Megakonstellationen zu schaffen, die globale Konnektivität bieten sollen. Dieses Wachstum hat jedoch auch Bedenken hinsichtlich der Überlastung der Umlaufbahn und des erhöhten Kollisionsrisikos geweckt.
Satellitenbetreiber müssen bereits jetzt regelmäßig Manöver durchführen, um Kollisionen zu vermeiden. Wenn die Thermosphäre jedoch weiter schrumpft und Weltraumschrott länger in der Umlaufbahn bleibt, könnte das Problem unhaltbar werden. Bei einer Kollision im Weltraum können Hunderte oder Tausende von Fragmenten entstehen, die jahre- oder gar jahrhundertelang in der Umlaufbahn bleiben und künftige Satelliten und Raumfahrtmissionen gefährden.
„In den letzten fünf Jahren wurden mehr Satelliten gestartet als in den sechs Jahrzehnten zuvor zusammen“, erklärt Parker. „Einer der wichtigsten Punkte, die wir zu verstehen versuchen, ist, ob der Weg, auf dem wir uns heute befinden, nachhaltig ist“.
In der MIT-Studie wird betont, dass dringend Maßnahmen ergriffen werden müssen, um die Verbreitung von Satelliten zu steuern und die Auswirkungen des Klimawandels auf die obere Atmosphäre abzumildern.
Wenn nicht rechtzeitig etwas unternommen wird, könnte der Weltraum so überlastet werden, dass künftige Satellitenmissionen und -einsätze ernsthaft gefährdet wären. Um eine chaotische Zukunft in der erdnahen Umlaufbahn zu vermeiden, schlagen die Experten Strategien vor wie die Verbesserung der Regulierung des Weltraumverkehrs, die Entwicklung von Satelliten mit Selbstzerstörungstechnologien am Ende ihrer Nutzungsdauer und vor allem die Verringerung der Treibhausgasemissionen, die die Dynamik der oberen Atmosphäre verändern.
Quellenhinweis:
William Parker, Greenhouse gases reduce the satellite carrying capacity of low Earth orbit , Nature Sustainability (2025). DOI: 10.1038/s41893-025-01512-0. www.nature.com/articles/s41893-025-01512-0