Im Schatten von Starlink
Schwärme künstlicher Satelliten gefährden die astronomische Forschung.
Auf den ersten Blick scheint das Satellitennetzwerk Starlink eine gute Idee zu sein. Mittels insgesamt etwa 12 000 Satelliten, die sich in niedrigen Umlaufbahnen um die Erde bewegen, soll ein weltweiter Zugang zum Internet geschaffen werden. SpaceX-Gründer Elon Musk hat dieses Vorhaben bereits 2018 mit zwei Testsatelliten gestartet und dann im Mai 2019 eine Vorserie von 60 Satelliten auf Bahnen bis in 550 Kilometer Höhe geschickt, von denen die meisten inzwischen in der Erdatmosphäre planmäßig wieder verglüht sind. Derzeit befindet sich das Projekt mit 1081 Satelliten im sogenannten Betatest.
Kaum war jedoch die erste Serie im Orbit, löste dies bei Astronomen einen Schock aus, denn die künstlichen Kleinkörper waren am Himmel deutlich sichtbar und störten die Himmelsbeobachtungen. Was sollte das erst werden, wenn die von den US-Behörden genehmigten 12 000 Satelliten am Himmel wären und die Anträge für bis zu 30 000 weitere auch noch bewilligt würden? Für die Betreiber solcher SatellitenMegakonstellationen handelt es sich um ein lukratives Geschäft. SpaceX rechnet mit einem jährlichen Gewinn von 30 Milliarden Dollar, wenn Starlink erst einmal voll funktioniert. Deshalb wollen auch noch andere Firmen in diese »Revolution der globalen Internetversorgung« einsteigen.
Welche Folgen das für die astronomische Forschung haben könnte, haben offenbar weder die Investoren noch die Genehmigungsbehörden bedacht. So werden in der Astronomie insbesondere die Weitfeld-Überwachungsteleskope beeinträchtigt, mit denen u. a. nach erdnahen Objekten gesucht wird, die möglicherweise mit der Erde kollidieren könnten. Forschung also, die unmittelbar dem Schutz der Erde dient. »Die Konstellationen könnten die Chancen gefährden, wissenschaftliche Entdeckungen zu machen«, konstatiert Tony Tyson vom fast fertiggestellten Vera-Rubin-Observatorium in Chile.
SpaceX hat inzwischen eingelenkt und Anstrengungen versprochen, um den Schaden zu minimieren. Die optische Sichtbarkeit der Satelliten hängt nämlich stark von ihrer Bahnhöhe und -lage ab, sodass deren Anpassung hilfreich sein kann. Außerdem will SpaceX die Helligkeit der künstlichen Sterne durch Veränderung ihrer Reflexionsfähigkeit drastisch verringern. Ob das allerdings tatsächlich im erforderlichen Umfang möglich ist, gilt als fraglich, weil 75 Prozent der Reflexionen von den Sonnenkollektoren
ausgehen, die für die Funktion der Satelliten unentbehrlich sind.
Inzwischen melden sich aber auch die Vertreter der Radioastronomie zu Wort, die mit ihren metallenen Parabolspiegeln wertvolle Informationen über das Universum aus elektromagnetischen Wellen im Radiobereich gewinnen. Gerade erst hat die Radioastronomie eines ihrer Flaggschiffe verloren, als das gewaltige Teleskop von Arecibo auf Puerto Rico mit seinen 300 Metern Durchmesser am Jahresende 2020 unreparierbar in sich zusammenbrach. Glücklicherweise hat die VR China mit dem neuen »Tianyan« (Himmelsauge) 2016 ein Radioteleskop in Betrieb genommen, das mit 520 Metern Spiegeldurchmesser noch weitaus leistungsfähiger ist und auch von internationalen Teams genutzt werden kann. Ein einzelnes Radioteleskop mit großer Empfängerfläche hat den Vorteil, weit entfernte Quellen mit schwacher Intensität aufspüren zu können.
Signale aus der Frühzeit
Die Entwicklung der Radioastronomie tendiert aber jetzt zu sogenannten Arrays, bei denen zahlreiche kleinere Teleskope, die über ein großes Gebiet verteilt sind, miteinander verbunden werden. Sie wirken dann wie ein einziges Riesenteleskop mit entsprechend hoher Auflösung. Eines der ehrgeizigsten Projekte dieser Art ist das Square Kilometer Array Observatory (SKAO), dessen Hunderte Spiegel und Antennen in Australien und Südafrika stehen werden. An dem Großprojekt sind 15 Staaten, darunter auch Deutschland, beteiligt. Der jetzt beginnende Ausbau wird etwa acht Jahre in Anspruch nehmen. Das wissenschaftliche Programm ist breit gefächert. Man möchte mit dem Array Signale aus der Frühzeit des Universums empfangen, die noch immer geheimnisumwitterte Dunkle Materie und Dunkle Energie erforschen und auch nach Spuren außerirdischen Lebens suchen. Wozu solche Arrays in der Lage sind, zeigte 2019 die erste Aufnahme eines Schwarzen Loches mit dem Event Horizon Telescope, einem Verbund von acht Radioteleskopen mit Standorten in Chile, Europa, Hawaii und am Südpol der Erde. Mit einem noch so großen Einzelteleskop wäre dieser Erfolg nicht möglich gewesen.
Während optische Teleskope in den dunkelsten Gebieten der Erde operieren, bedürfen Radioteleskope einer Umgebung, in der es weiträumig keine irdischen Radiosignale gibt, eine
Schutzzone mit absoluter Funkstille. Beim SKAO in Südafrika umfasst sie eine Fläche von der Größe Pennsylvanias, in der sogar das Telefonieren mit Handys untersagt ist. Um irdische Störeinflüsse auf die Radioastronomie zu minimieren, arbeiten die Vertreter dieser Disziplin schon seit Jahrzehnten in der Internationalen Fernmeldeunion mit, einer Sonderorganisation der Vereinten Nationen mit 191 Mitgliedstaaten. Dort erfolgen in internationaler Abstimmung u. a. die Zuweisungen für Sende- und Empfangsfrequenzen. Die Radioastronomie hatte sich eine Reihe von für sie wichtigen schmalen Frequenzbändern gesichert. Die technische Entwicklung brachte es aber mit sich, dass Radioteleskope heute über das gesamte Spektrum hinweg empfangen können, wodurch das Problem der Koexistenz mit irdischen Sendern eine neue Dimension erreichte. Man kann sich leicht vorstellen, dass die Radioteleskope den Funksignalen der Kommunikationssatelliten praktisch schutzlos ausgeliefert sind. Deshalb hat das SKAO eine Analyse dieser Auswirkungen veröffentlicht und darin festgestellt, dass Starlink seine Internetsignale zu einem erheblichen Teil in jenen Frequenzbereichen abzustrahlen beabsichtigt, in denen die Forscher empfangen wollen. Der Einsatz von 6400 Satelliten würde bereits einen Empfindlichkeitsverlust ihrer Anlage von 70 Prozent bewirken. Sollten es aber dereinst – wie vielfach prognostiziert – 100 000 Satelliten sein, dann wäre das Teleskop praktisch unbrauchbar. Die Radioastronomen haben nun aber bei ihren Frequenzen keine freie Wahl. So ist z. B. der Nachweis von Molekülen einfacher Aminosäuren oder von Wasser nur in jenen Bereichen des Spektrums möglich, die auch Starlink gewählt hat. Andere Radioteleskope sind ähnlich betroffen, wie etwa das im Aufbau befindliche Next Generation Very Large Array in New Mexico.
Sind Lösungen in Sicht?
Was ist angesichts solcher Interessenskonflikte zu tun? Der Direktor des US-National Radio Astronomy Observatory, Tony Beasley, schlägt vor, dass die Satellitenbetreiber ihre Sender abschalten, wenn sie über ein Radioobservatorium fliegen oder auf andere Frequenzbänder wechseln. Eine andere Möglichkeit bestünde darin, Gegenden um radioastronomische Beobachtungsareale generell nicht anzufunken. Diese Optionen seien mit SpaceX bereits besprochen worden und man habe vereinbart, entsprechende Tests durchzuführen und sich in Echtzeit mit ihnen zu koordinieren. Doch andere Experten trauen dem Frieden nicht. »Das Radiospektrum ist eine Ressource, die von privaten Unternehmern verbraucht wird, die typischerweise keine Rücksicht auf die Wissenschaft nehmen«, meint z. B. Michael Garret, der Direktor des Jodrell Bank Centre für Astrophysik in Großbritannien. Deshalb müssten Regierungen eingreifen, um den Konflikt zu lösen. Ganz in diesem Sinne – nur noch grundsätzlicher und leidenschaftlicher – äußern sich auch die italienischen Astronomen Stefano Galozzi, Marco Scardia und Michele Maris in einer Studie zu diesem Problem. Dabei berufen sie sich sogar auf das »Übereinkommen zum Schutz des Kultur- und Naturerbes« der Unesco aus dem Jahre 1972, die sogenannte Welterbekonvention. Spät zwar, aber immerhin wurde auf dem 34. Treffen des Welterbekomitees im Jahre 2010 auch der dunkle Nachthimmel unter Schutz gestellt, zum gemeinsamen Erbe der Menschheit und integralen Bestandteil unserer Umwelt erklärt. Inzwischen gibt es ein instruktives Unesco-Portal zu diesem Thema (Portal to the Heritage of Astronomy) und auch die Internationale Astronomische Union hat sich eingeschaltet. Sie fordert mit Blick auf Starlink alle Beteiligten auf, »in diesem neuen ungeregelten Grenzbereich der Weltraumnutzung zu ihrem gegenseitigen Vorteil zusammenzuarbeiten«. Und schließlich gibt es noch den Weltraumvertrag von 1967, der die jeweiligen Staaten für alle Aktivitäten verantwortlich macht, die sie im Weltraum unternehmen. Im Falle von Starlink – so die italienischen Astronomen – könnten zum Beispiel alle Länder, deren Observatorien durch Starlink Schaden erleiden, die USA vor dem Internationalen Gerichtshof verklagen. Letztlich bedürfe es international verbindlicher Regelungen, und solange die fehlen, sollte das ganze Projekt auf Eis gelegt werden. Hoffentlich obsiegt zuletzt die alte Einsicht von Immanuel Kant: »Die Freiheit des Einzelnen endet dort, wo die Freiheit des Anderen beginnt«.