Weltraumschrott mit Infraschall entdeckt: So spüren Wissenschaftler Objekte auf, die aus dem All fallen

Der Eintrittswinkel von Feuerkugeln und Weltraummüll beeinflusst die Genauigkeit der Infraschallanalyse. Das Verständnis dieser Geometrie ist für die Verbesserung der planetarischen Verteidigung und des Orbitalmanagements von entscheidender Bedeutung.

Nach Angaben der NASA umkreisen etwa 21.000 Satelliten- und Raketentrümmer, die größer als 10 cm sind, unseren Planeten. Kredit: stuffin.space

Der so genannte Infraschall wird vom Himmel abgestrahlt, ohne dass der Mensch ihn wahrnehmen kann, aber Wissenschaftler können ihn mit speziellen Sensoren hören. Bei diesen Geräuschen handelt es sich um sehr niederfrequente akustische Wellen, die sogar bei Ereignissen wie Vulkanexplosionen, Atomtests oder Feuerbällen, die die Atmosphäre durchqueren, auftreten.

Ein Bolide ist ein Meteoroid, der beim Eintritt in die Atmosphäre mit hoher Geschwindigkeit explodiert oder zersplittert und dabei eine so starke Schockwelle erzeugt, dass sie Tausende von Kilometern zurücklegt. In diesem Fall nehmen Infraschallsensoren diese Signale auf und helfen bei der Feststellung, woher das Objekt kam und wohin es flog.

Die Dinge sind jedoch nicht so einfach, wenn das Objekt in einem niedrigen Winkel in die Atmosphäre eintritt, d. h. wenn es nicht herabstürzt, sondern die Atmosphäre streift. In diesen Fällen wird der Schall entlang einer langen Flugbahn erzeugt, was es schwierig macht, seinen genauen Ursprung zu bestimmen.

Wissenschaftler haben festgestellt, dass Infraschallstationen an leicht geneigten Eingängen Signale mit widersprüchlichen Richtungen erfassen, was zu Unsicherheiten bei der Lokalisierung des Phänomens führt. Um diese Fehler zu verringern, muss die Eingangsgeometrie genau analysiert werden.

Geometrie ist wichtig

In einer aktuellen Studie unter der Leitung von Elizabeth Silber wurde untersucht, wie sich der Eintrittswinkel auf Infraschalldaten auswirkt. Das Forschungsteam nutzte die von der CTBTO weltweit verteilten Sensoren, ein Netz zur Erkennung von Nuklearexplosionen, das aber auch für die Untersuchung von Feuerbällen und Weltraummüll nützlich ist.

Die Ergebnisse waren eindeutig: Objekte, die in einem Winkel von mehr als 60° einfallen, erzeugen kohärentere Signale, d. h. wenn ein Meteor niedergeht, ist der von ihm ausgesendete Infraschall leichter zu verfolgen und zu analysieren, während Objekte, die eher horizontal einfallen, gestreute Signale erzeugen.

Das Problem wird bei großen Entfernungen von mehr als 15.000 Kilometern noch gravierender. In diesen Fällen können sich kleine Schwankungen des Anfangswinkels in großen Standortfehlern niederschlagen. Diese Unsicherheit gefährdet die Genauigkeit der globalen Himmelsüberwachung.

Aus diesem Grund schlägt Silber vor, bei der Interpretation der Daten das gesamte geometrische Profil des Objekts zu berücksichtigen. Auf diese Weise wird ein Signal nicht als einzelner Punkt betrachtet, sondern als Teil einer über den Himmel verteilten "Melodie", die als Ganzes rekonstruiert werden muss.

Jenseits der Meteore

Obwohl Feuerkugeln natürliche Phänomene sind, gelten die Erkennungsmethoden auch für Weltraummüll. Seit den 1960er Jahren sind tonnenweise von Menschen geschaffene Objekte auf die Erde gefallen: Satelliten, Raketentrümmer, von Astronauten verlorene Werkzeuge und vieles mehr.

Diese Fragmente können mit über 28.000 km/h in die Atmosphäre eindringen und dabei eine Energie freisetzen, die der eines Boliden ähnelt. Dabei erzeugen sie Infraschallwellen, deren Intensität zwar geringer ist, die es aber erschweren, den Ort zu finden, an dem sie niedergehen könnten, wenn ihre Flugbahn nicht richtig interpretiert wird.

Weltraumschrott besteht aus Überresten alter Raketen oder Satelliten sowie aus Trümmern von Explosionen. Kredit: http://stuffin.space

Die geometrische Analyse von Wiedereintrittsflugbahnen ist für die Planung von Maßnahmen und die Vermeidung von Unfällen von entscheidender Bedeutung, da es einen großen Unterschied macht, ob ein Objekt ins Meer oder in die Nähe einer Stadt stürzen wird. In diesem Fall müssen wir seinen Infraschall-"Gesang" genau interpretieren, um sein endgültiges Ziel zu bestimmen.

In diesem Zusammenhang kann die Kombination von globalen Sensoren, atmosphärischen Modellen und geometrischen Analysen zu einem wichtigen Instrument werden. Dies geschieht nicht nur, um den Himmel zu verstehen, sondern auch, um uns vor seinen Überraschungen, sowohl natürlichen als auch vom Menschen verursachten, zu schützen.

Zuhören und schützen

Für die planetarische Verteidigung ist es wichtig zu wissen, was in unsere Atmosphäre eindringt, woher es kommt und mit welcher Geschwindigkeit. Deshalb ermöglicht uns die Kombination von Sensoren wie Radar und Infraschall, ein vollständigeres Bild dieser Ereignisse zu erstellen.

Studien wie die von Silber weisen darauf hin, dass es nicht ausreicht, nur den "Knall" eines Boliden zu erkennen. Wir müssen auch verstehen, wie sich dieser Schall ausgebreitet hat, von welchem Punkt des Himmels er erzeugt wurde, wie die Geometrie seine Wahrnehmung beeinflusst und was wir tun, um seine vollständige Flugbahn richtig zu bestimmen.

Dieser Ansatz ist auch auf künftige bemannte oder unbemannte Raumfahrtmissionen anwendbar. Jede Kapsel, die zur Erde zurückkehrt, wenn sie auf einer Flugbahn mit geringer Neigung startet, könnte sich ebenfalls verirren, wenn diese Analyse nicht berücksichtigt wird.

Die genaue Beobachtung des Himmels ist eine Möglichkeit, auf sich selbst aufzupassen. Die Verbesserung der Genauigkeit der Objekterkennung und -ortung ermöglicht es uns, rechtzeitig zu handeln, Schäden zu verhindern und die Phänomene besser zu verstehen, die uns mit dem Weltraum verbinden und mit denen wir diese Verbindung geschaffen haben, wenn auch leider auf eine weniger organische Weise.