Was genau ist ein magnetischer Sturm und warum kann er Musks 40 Satelliten auf einmal zerstören?

Berichten von CNN und Reuters vom 9. Februar zufolge sind 49 von Musks SpaceX am 3. Februar gestartete Starlink-Satelliten aufgrund der Auswirkungen des magnetischen Sturms in den Sicherheitsmodus gewechselt und befinden sich in ultraniedrigen Umlaufbahnen. Mindestens vier davon sind abgestürzt und die Lage der anderen Satelliten ist nicht rosig.

Tatsächlich hat jeder schon einige magnetische Stürme erlebt. Lassen Sie uns gemeinsam verstehen, warum dieser magnetische Sturm den Scheitern eines so ehrgeizigen Musk verursacht haben könnte.

Sonnenaktivität und magnetische Stürme

Tatsächlich warnen Wissenschaftler schon seit langem davor, dass die Sonnenaktivität ab diesem Jahr häufiger werden wird. Bereits am 18. und 20. des letzten Monats kam es zu zwei Sonneneruptionen, die große Mengen an Ultraviolett- und Röntgenstrahlen freisetzten und mit hoher Geschwindigkeit viel Plasma ausstießen, was enorme Auswirkungen auf die Erdatmosphäre haben dürfte. Ultraviolette und Röntgenstrahlen können die obere Schicht der Erdatmosphäre ionisieren und so vorübergehende Funkausfälle verursachen.

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Darüber hinaus gibt die Sonne normalerweise geladene Teilchen mit hoher Geschwindigkeit ab, was als „Sonnenwind“ bezeichnet wird. Normalerweise ist der Sonnenwind relativ „mild“ und wird durch das Magnetfeld der Erde leicht gestört und abgelenkt. Es besteht keine Gefahr, dass es dem Leben auf der Erde schadet, und es hat nur geringe Auswirkungen auf Satelliten und die Kommunikation. Wenn jedoch eine Sonneneruption ausbricht, können starke Sonnenwinde auftreten. Neben der direkten Beschädigung von Satelliten kann es auch zu großflächigen Störungen des Magnetfelds in Erdnähe kommen. Dies wird oft als magnetischer Sturm bezeichnet und führt häufig zu Kommunikationsstörungen, einer Ausdehnung der Atmosphäre durch Hitze und kann auch zu Stromausfällen führen.

Sonnenwind wird durch das Magnetfeld der Erde abgelenkt | TuChong Creative

Angst vor magnetischen Stürmen muss man allerdings nicht haben. Obwohl es schwierig ist, einen bestimmten magnetischen Sturm vorherzusagen, unterliegt die Sonnenfleckenaktivität seit dem 18. Jahrhundert grundsätzlich einem Zyklus von elf Jahren, und in jedem Zyklus werden Tausende oder Zehntausende magnetischer Stürme erzeugt. Wir haben viele magnetische Stürme gesehen. In den meisten Fällen wird die Kommunikation der Satelliten im Orbit nur vorübergehend beeinträchtigt und es kommt nicht zu einem Absturz.

Aber warum sind Musks Starlink-Satelliten so „zerbrechlich“, dass alle 40 Satelliten angesichts eines leichten magnetischen Sturms zusammenbrachen? Dies bringt uns zu den Auswirkungen magnetischer Stürme auf Satelliten in niedrigen Umlaufbahnen.

Warum gibt es einen so großen Verlust an Starlink-Satelliten?

Der erste Grund ist, dass die Qualität der Starlink-Satelliten selbst nicht „stark genug“ sei.

Da die kommerziellen Satelliten des Starlink-Projekts aus Kostengründen häufig weniger ausgereifte neue Technologien verwenden, ist die Zuverlässigkeit dieser Satelliten in der rauen Weltraumumgebung nicht so hoch wie bei herkömmlichen Satelliten. Sobald ein magnetischer Sturm auftritt, ist die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls größer.

Herkömmliche Satelliten verwenden oft zuverlässigere, ausgereiftere Technologien | TuChong Creative

Bei einem magnetischen Sturm wird häufig eine große Zahl geladener Teilchen in die Atmosphäre geschleudert, wodurch diese erhitzt wird und sich ausdehnt. Diese Ausdehnung der Atmosphäre bringt Probleme mit sich. In der Höhe der Umlaufbahnen niedriger Satelliten ist die obere Atmosphäre ursprünglich sehr dünn, aber wenn ein magnetischer Sturm auftritt, erwärmt sich die Atmosphäre und ihre Dichte nimmt zu, wodurch der Luftwiderstand plötzlich zunimmt. Wenn der Satellit seinen Motor nicht rechtzeitig einschalten kann, um seine Umlaufbahn anzuheben, wird es so aussehen, als würde er in einem Sumpf stecken bleiben und sich immer langsamer und tiefer bewegen. Das Ergebnis ist vorhersehbar.

Die Starlink-Satelliten wurden in niedrigen Umlaufbahnen ausgesetzt. Ob eine Störung oder ein Problem mit der Betriebsart vorlag, ist nicht bekannt. Angesichts des magnetischen Sturms gelang es diesen Satelliten nicht, rechtzeitig auszusteigen und die Triebwerke einzuschalten, um ihre Umlaufbahnen nach dem Wechsel in den Sicherheitsmodus anzupassen. Dies ist auch der Hauptgrund für die diesmaligen großflächigen Schäden an den Starlink-Satelliten. Andere Satelliten in höheren Umlaufbahnen werden hiervon nicht betroffen sein.

Jetzt verstehen wir, warum nur Musks Satellit bei diesem magnetischen Sturm große Verluste erlitten hat. Ehrlich gesagt handelt es sich bei diesem Vorfall möglicherweise um den größten Satellitenverlust in der Geschichte, der durch einen Sonnensturm verursacht wurde. Zudem handelt es sich um den ersten großflächigen Satellitenausfall, der durch eine erhöhte atmosphärische Dichte verursacht wurde. Jonathan McDowell, Astronom am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in den USA, kommentierte die Deorbitierung von 40 Satelliten: „Das ist beispiellos!“

Autor | Jiang Fan

Wirtschaftsprüfung | Liu Yong

Botschafter für die Popularisierung der chinesischen Weltraumwissenschaften, Forscher und Doktorvater am National Space Science Center der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, Doktor der Wissenschaften der University of New Hampshire, Direktor der China Science Writers Association, Sonderexperte der Space Science and Technology Education Alliance

Herausgeber | Ding Zong