Forscher finden Spuren von Raumfahrt in der Atmosphäre

Was bleibt, wenn ein Teil einer Rakete im Weltraum verglüht? Forscher haben nachgewiesen, dass dabei tatsächlich messbare Spuren in der oberen Erdatmosphäre zurückbleiben. In einer Höhe von rund 96 Kilometern fanden sie eine deutlich erhöhte Menge an Lithiumatomen – etwa zehnmal mehr als normal. Gemessen wurde dies knapp 20 Stunden, nachdem eine Raketenstufe – also ein Teil einer Rakete – in die Atmosphäre eingetreten war. Eine natürliche Ursache konnten die Wissenschaftler ausschließen.

Die Studie einer internationalen Forschergruppe um Robin Wing vom Leibniz-Institut für Atmosphärenphysik in Kühlungsborn ist in der Fachzeitschrift «Communications Earth & Environment» erschienen. 

Zehnfach erhöhte Werte in 96 Kilometern Höhe

Die Forscher warnen, dass die Auswirkungen zunehmender Raumfahrtaktivitäten auf die obere Atmosphäre bislang kaum verstanden sind. «Trotz der wichtigen Rolle, die die obere Erdatmosphäre beim Schutz des irdischen Lebens spielt, sind die Folgen der zunehmenden Verschmutzung durch wiedereintretende Weltraumtrümmer auf den Strahlungstransport, die Ozonchemie und die Aerosolmikrophysik weitgehend unbekannt», schreiben die Studienautoren. Sie wollen zeigen, dass die verstärkten Raumfahrtaktivitäten Folgen für die obere Atmosphäre haben, die die Erde vor gefährlicher kosmischer Strahlung schützt. 

Hintergrund ist, dass immer mehr Satelliten und Raketen in den Orbit gebracht werden. Allein für das Satelliteninternet-Projekt «Starlink» des amerikanischen Raumfahrtkonzerns SpaceX befinden sich derzeit knapp 10.000 Satelliten im All. Langfristig sind mehr als 40.000 geplant.

Zufallsfund mit Signalwirkung

Die Messung gelang mit einer speziellen Laser-Methode namens Lidar. Das ist eine Art Laserscanning, mit dem sich Teilchen in der Atmosphäre dreidimensional erfassen lassen. Die Wissenschaftler entdeckten die Lithiumwolke eher zufällig während routinemäßiger Messungen. Sie beobachteten das Lithium in einer Höhe zwischen 94,5 und 96,8 Kilometern für 27 Minuten. Danach überprüften sie mit verschiedenen Mess- und Modellverfahren, ob das Lithium aus natürlichen Quellen stammen könnte.

Statt einer natürlichen Ursache weisen alle Spuren auf eine Raketenstufe einer Falcon-9-Rakete von SpaceX hin, die am 19. Februar 2025 in die Erdatmosphäre eintrat. «Das Ereignis erregte internationale Aufmerksamkeit, als Trümmerfragmente, darunter ein Treibstofftank, in der Nähe der polnischen Stadt Posen geborgen wurden», heißt es in der Studie. Das gemessene Lithium stammt vor allem aus Lithium-Ionen-Batterien und Lithium-Aluminium-Legierungen für die Rumpfverkleidung. 

Falcon 9 als Vorbote

Bisher seien vor allem die Risiken für Menschen und Infrastruktur durch herabfallende Trümmer diskutiert worden, merken die Studienautoren an. «Der Fall der Falcon 9 vom 19. Februar 2025 ist sowohl ein Vorbote des erwarteten Anstiegs der Anzahl von Satelliten- und Raketenwiedereintritten im kommenden Jahrzehnt als auch ein hervorragender Test für unsere Fähigkeit, die durch den Wiedereintritt künstlicher Satelliten verursachte Verschmutzung zu überwachen und zu erkennen.»

Die Wissenschaftler schickten ihren Artikel und die zugrunde liegenden Daten an SpaceX und gaben dem Unternehmen die Möglichkeit zur Korrektur – erhielten jedoch keine Antwort.

Bisherige Untersuchungen zu den Auswirkungen verglühender Raketen- und Satellitenteile konzentrierten sich vor allem auf Aluminium, weil es in solchen Objekten in großen Mengen verbaut wird. Laut einer 2023 im Fachmagazin «PNAS» veröffentlichten Studie enthalten bereits etwa zehn Prozent der Schwefelsäurepartikel in der Stratosphäre Aluminium und andere Metalle, die aus verglühten Satelliten und Raketenstufen stammen. Bei der Reaktion des Aluminiums mit Sauerstoff entsteht Aluminiumoxid, von dem seit Jahrzehnten bekannt ist, dass es den Ozonabbau beschleunigt. 

Viele Vorgänge beim Verglühen von Raketen und Satelliten sind laut Wing und seinen Kollegen aber noch nicht ausreichend erforscht.