Eine geplante Satellitenkonstellation bereitet Astronominnen und Astronomen große Sorgen. Anders als Satelliten, die Sonnenlicht reflektieren und dadurch unbeabsichtigt Lichtverschmutzung verursachen, sollen die Satelliten des US-Start-ups Reflect Orbital Lichtverschmutzung gezielt erzeugen.
Das Unternehmen verspricht „Sonnenlicht auf Abruf“: Spiegel sollen Sonnenlicht zur Erde lenken, damit Solarparks auch nach Sonnenuntergang weiterarbeiten können.
Den Anfang soll der 18 Meter große Testsatellit Earendil-1 machen, für dessen Start im Jahr 2026 das Unternehmen einen Antrag gestellt hat. Jüngsten Berichten zufolge sollen ihm bis 2030 rund 4.000 Satelliten im Orbit folgen.
Wie schwerwiegend wäre die Lichtverschmutzung also? Und womöglich noch wichtiger: Können die Satelliten von Reflect Orbital überhaupt wie angekündigt funktionieren?
Reflektiertes Sonnenlicht
Ähnlich wie sich Sonnenlicht mit dem Zifferblatt einer Armbanduhr zu einem Lichtfleck reflektieren lässt, würden die Satelliten von Reflect Orbital Spiegel nutzen, um Licht auf einen Bereich der Erdoberfläche zu richten.
Die Größenordnung wäre jedoch völlig anders. Die Satelliten von Reflect Orbital sollen rund 625 km über dem Boden kreisen und später Spiegel mit einem Durchmesser von 54 Metern tragen.
Wird Licht von einer Uhr auf eine nahe Wand gelenkt, kann der Lichtfleck sehr hell sein. Reflektiert man es dagegen auf eine weit entfernte Wand, vergrößert sich der Fleck – und wird schwächer.
Der Grund dafür ist, dass die Sonne keine punktförmige Lichtquelle ist: Am Himmel nimmt sie einen Winkel von einem halben Grad ein. Über große Entfernungen breitet sich ein von einem ebenen Spiegel zurückgeworfener Sonnenstrahl deshalb mit einem Winkel von einem halben Grad aus.
Was bedeutet das konkret? Nehmen wir einen Satelliten, der Sonnenlicht über etwa 800 km reflektiert. Ein Satellit in 625 km Höhe befindet sich schließlich nicht immer direkt über dem Zielgebiet, sondern lenkt das Sonnenlicht schräg darauf. Der beleuchtete Bereich am Boden hätte einen Durchmesser von mindestens 7 km.
Auch ein gekrümmter Spiegel oder eine Linse könnte das Sonnenlicht wegen der Entfernung und des halben Grads, den die Sonne am Himmel einnimmt, nicht auf einen kleineren Fleck bündeln.
Wäre dieses reflektierte Sonnenlicht hell oder schwach? Bei einem einzelnen Satelliten mit 54 Metern Durchmesser wäre es 15.000-mal schwächer als die Mittagssonne, aber immer noch deutlich heller als ein Vollmond.
Der Ballontest von Reflect Orbital
Im vergangenen Jahr veröffentlichte der Gründer von Reflect Orbital, Ben Nowack, ein kurzes Video, das einen Test mit dem „letzten Bauteil vor dem Schritt ins All“ zusammenfasste. Dabei handelte es sich um einen Reflektor, der von einem Heißluftballon getragen wurde.
Bei dem Versuch lenkte ein flacher, quadratischer Spiegel mit einer Kantenlänge von ungefähr 2,5 Metern einen Lichtstrahl auf Solarpaneele und Sensoren. In einem Fall maß das Team 516 Watt Licht pro Quadratmeter, während sich der Ballon in einer Entfernung von 242 Metern befand.
Zum Vergleich: Die Mittagssonne liefert ungefähr 1.000 Watt pro Quadratmeter. 516 Watt pro Quadratmeter entsprechen somit etwa der Hälfte davon – genug, um nutzbar zu sein.
Übertragen wir den Ballontest jedoch auf den Weltraum. Wie bereits erläutert, müsste der Reflektor bei einer Entfernung der Satelliten von 800 km zum Zielgebiet 6,5 km mal 6,5 km groß sein – also 42 Quadratkilometer. Ein solch gigantischer Reflektor lässt sich nicht praktisch bauen, weshalb der Ballontest nur begrenzt aussagekräftig ist.
Was plant Reflect Orbital?
Der Plan von Reflect Orbital lautet: „einfache Satelliten in der richtigen Konstellation, die auf bestehende Solarparks leuchten“. Das Ziel liegt bei lediglich 200 Watt pro Quadratmeter – 20 % der Mittagssonne.
Können kleinere Satelliten diese Leistung erbringen? Wenn ein einzelner Satellit mit 54 Metern Durchmesser 15.000-mal schwächer als die Mittagssonne ist, wären 3.000 davon nötig, um 20 % der Mittagssonne zu erreichen. Das wären sehr viele Satelliten, um eine einzige Region zu beleuchten.
Hinzu kommt ein weiteres Problem: Satelliten in 625 km Höhe bewegen sich mit 7,5 Kilometern pro Sekunde. Daher bleibt ein Satellit höchstens 3,5 Minuten lang in einem Umkreis von 1.000 km um einen bestimmten Ort.
3.000 Satelliten würden folglich nur einige Minuten Beleuchtung ermöglichen. Um auch nur eine Stunde bereitzustellen, wären Tausende weitere erforderlich.
Reflect Orbital mangelt es nicht an Ehrgeiz. In einem Interview brachte Nowack 250.000 Satelliten in 600 km hohen Umlaufbahnen ins Spiel. Das wären mehr als alle derzeit erfassten Satelliten und großen Trümmerteile im Weltraum zusammen.
Und doch könnte diese riesige Konstellation nach den vorstehenden Berechnungen gleichzeitig nur an höchstens 80 Orten 20 % der Mittagssonne liefern. Tatsächlich wären wegen bewölkten Wetters noch weniger Standorte beleuchtet.
Zudem könnten die Satelliten aufgrund ihrer Höhe die meisten Orte nur nahe der Morgen- und Abenddämmerung erreichen, wenn die Spiegel im niedrigen Erdorbit von Sonnenlicht beschienen werden.
Reflect Orbital ist sich dessen bewusst und plant deshalb, die Konstellation in sonnensynchronen Umlaufbahnen entlang der Tag-Nacht-Grenze um die Erde kreisen zu lassen, damit sie fortwährend im Sonnenlicht bleibt.
Helle Lichter
Sind Satelliten mit Spiegeln also eine praktikable Methode, nachts kostengünstigen Solarstrom zu erzeugen? Wahrscheinlich nicht. Könnten sie verheerende Lichtverschmutzung verursachen? Absolut.
Am frühen Abend lassen sich Satelliten und Weltraumschrott rasch erkennen – obwohl sie nicht absichtlich besonders hell konstruiert wurden. Sollte bei Reflect Orbital selbst nur der Testsatellit wie geplant funktionieren, würde er gelegentlich wesentlich heller als der Vollmond erscheinen.
Eine Konstellation solcher Spiegel wäre für die Astronomie verheerend und für Astronominnen und Astronomen gefährlich. Wer durch ein Teleskop blickt, könnte die Oberfläche jedes Spiegels fast so hell wie die Sonnenoberfläche sehen, was dauerhafte Augenschäden riskieren würde.
Die Lichtverschmutzung würde die Fähigkeit aller Menschen beeinträchtigen, den Kosmos zu sehen. Außerdem ist bekannt, dass Lichtverschmutzung die täglichen Rhythmen von Tieren beeinflusst.
Obwohl Reflect Orbital bestimmte Orte beleuchten will, würden die Lichtstrahlen der Satelliten beim Wechsel von einem Standort zum nächsten ebenfalls über die Erde streichen. Der Nachthimmel könnte von Lichtblitzen erhellt werden, die heller als der Mond sind.
Das Unternehmen beantwortete die Fragen von The Conversation zu diesen Bedenken nicht innerhalb der Frist. Gegenüber Bloomberg erklärte es diese Woche jedoch, Sonnenlicht auf eine Weise umzulenken, die „kurz, vorhersehbar und zielgerichtet“ sei; dabei würden Observatorien ausgespart und die Positionen der Satelliten mitgeteilt, damit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ihre Arbeit planen könnten.
Die Folgen wären gravierend
Ob das Projekt von Reflect Orbital tatsächlich abheben wird, bleibt abzuwarten. Das Unternehmen könnte zwar einen Testsatelliten starten, doch bis zu 250.000 riesigen Spiegeln, die die Erde ständig umkreisen, damit einige Solarparks täglich ein paar Stunden länger laufen können, ist es ein weiter Weg.
Trotzdem sollte man dieses Vorhaben im Blick behalten. Ein Erfolg hätte für Astronominnen und Astronomen – und für alle anderen Menschen, die einen dunklen Nachthimmel schätzen – gravierende Folgen.
Michael J. I. Brown, außerordentlicher Professor für Astronomie, Monash University, und Matthew Kenworthy, außerordentlicher Professor für Astronomie, Leiden University
Dieser Artikel wird unter einer Creative-Commons-Lizenz von The Conversation erneut veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.
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