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Freitag, 26.05.2017
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Staub schuld an Satellitenschäden?

Kollision mit Staubschwaden kann einen elektromagnetischen Puls erzeugen

Unsichtbarer Satellitenkiller: Forscher könnten eine Erklärung für viele bislang rätselhafte Ausfälle von Satelliten gefunden haben. Denn wie sie herausfanden, kann eine Kollision mit ultraschnellem Weltraumstaub eine energiereiche Strahlung erzeugen. Diese könnte die Technik in Raumsonden stören und die Ursache für viele Fehlfunktionen von Satelliten sein.
Manche Satellitenausfälle könnten mit Weltraumstaub in Verbindung stehen.

Manche Satellitenausfälle könnten mit Weltraumstaub in Verbindung stehen.

Im Weltraum lauern viele Gefahren. Manche können wir mit bloßem Auge erkennen, wie einen sich nähernden Asteroid oder umherschwirrenden Weltraumschrott. Andere entziehen sich zunächst unserem Blick, wie die kosmische Strahlung. Alex Fletcher und Sigrid Close von der Boston University haben nun einen weiteren unsichtbaren Gefährder ausgemacht, der die störungsfreie Funktion von Satelliten im All bedrohen kann.

Plasma durch Staubeinschlag


In Computersimulationen haben die Wissenschaftler untersucht, was genau passiert, wenn kleinste Weltraumstaub-Teilchen mit sehr hoher Geschwindigkeit auf die Hülle von Satelliten oder anderen Raumfahrzeugen treffen: Wenn ein sehr schnelles Teilchen zum Beispiel auf einer Satellitenoberfläche einschlägt, verdampft demnach, wobei es eine Wolke aus Staub, Gas und Plasma freisetzt.

Das Plasma, ein hoch energiereiches Teilchengemisch aus Elektronen und positiv geladenen Ionen, dehnt sich sofort in das Vakuum des Weltalls aus. Dabei verliert es an Dichte, bis es schließlich einen kollisionsfreien Zustand erreicht: Die Teilchen im Plasma stoßen dann nicht mehr zusammen, sondern streben ungehindert auseinander.


Wenn kleine Staubkörner auf Satelliten einschlagen, kann energiereiche Strahlung entstehen und die Bordtechnik beschädigen.

Wenn kleine Staubkörner auf Satelliten einschlagen, kann energiereiche Strahlung entstehen und die Bordtechnik beschädigen.

Potenziell zerstörerische Strahlung


"Wir haben festgestellt, dass bei den Einschlägen Strahlung frei wird, sofern die Partikel ausreichend schnell sind", fasst Fletcher zusammen. Die Entstehung dieser Strahlung führen die Forscher auf den kollisionsfreien Zustand des Plasmas zurück: Weil die kleinen Elektronen sich darin schneller bewegen sind als die großen, positiv geladenen Ionen, trennt sich die Ladung in der Plasmawolke auf. Durch diese Ladungstrennung wird dann Strahlung freigesetzt, so die Theorie der Wissenschaftler.

"Bisher war niemand wirklich in der Lage zu erklären, warum die Strahlung überhaupt da ist, wo sie herkommt oder welcher physikalische Mechanismus dahintersteckt", sagt Fletcher. Mit den Ergebnissen aus den Simulationen können die Wissenschaftler nun aber ihre Theorie untermauern, dass viele Satellitenausfälle auf die entstehende Strahlung durch einschlagenden Weltraumstaub zurückzuführen sind.

Erklärung für Satellitenausfälle?


"Mehr als die Hälfte der elektrischen Störfälle bleiben unerklärt, weil es sehr kompliziert ist, Ursachenforschung an einem ausgefallenen Satelliten im Orbit zu betreiben", beschreibt Fletcher die gegenwärtige Situation. "Wir glauben, dass wir manche dieser Ausfälle mit diesem Mechanismus der Strahlungsfreisetzung in Verbindung bringen können." Solche elektromagnetischen Pulse könnten die Bordelektronik von Satelliten stören oder dauerhaft beschädigen, glauben die Wissenschaftler.

Deren Computersimulationen beruhen allerdings auf einigen Vereinfachungen. Daher betonen die Forscher, dass die Ergebnisse noch mit Vorsicht zu betrachten sind. Beispielsweise haben sie in ihrem Modell die Staubpartikel ignoriert, die erst bei dem Einschlag entstehen und mit dem Plasma wechselwirken könnten.

In weiteren Berechnungen wollen Fletcher und Close solche Effekte berücksichtigen und so genauere Daten zur Art und Entstehung der Strahlung erhalten. Damit erhoffen sie sich, die Gefahr von solcher Strahlung für Satellitentechnik besser einschätzen zu können und geeignete Schutzmaßnahmen zu entwickeln. (Physics of Plasmas, 2017; doi: 10.1063/1.4980833)
(American Institute of Physics, 03.05.2017 - CLU)
 
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