Der Weltraum um die Erde wird langsam richtig voll: Tausende Satelliten und Trümmerteile rasen im erdnahen Orbit umher. In einigen hundert Kilometern Höhe bremst die dünne Restatmosphäre die Satelliten ab. Daher ist es entscheidend, die atmosphärische Dichte dort zu messen, um Satellitenbahnen vorherzusagen und kosmische Blechschäden zu vermeiden.

Es stellt sich heraus, dass mehr als 99 Prozent der oberen Atmosphäre aus elektrisch neutralem Gas besteht, der Thermosphäre. Diese Schicht liegt zwischen etwa 100 und 1.000 Kilometern Höhe. Die Ionosphäre mit ihrem ionisierten Gas macht weniger als 1 Prozent aus, ist aber ein Angeber, weil sie Radiowellen durcheinanderbringt und leicht zu beobachten ist. Die Thermosphäre hingegen ist eine schüchterne, schwer zu messende Mauerblume.

Bessere Messungen der Thermosphärendichte könnten sowohl der Atmosphärenforschung als auch der Raumfahrttechnik zugutekommen. Also beschlossen Forscher der Universität Kyoto, es zu versuchen. „Dies ist eine interdisziplinäre Studie zwischen Weltraumwissenschaft und Raumfahrttechnik“, sagt der korrespondierende Autor Mamoru Yamamoto. „Beim Lesen von Arbeiten aus beiden Forschungsbereichen wurde uns klar, dass ein tieferer Dialog zwischen Forschern beider Disziplinen notwendig ist.“ Denn offenbar ist nicht nur die Thermosphäre ein Grenzgänger.

Das Team nutzte öffentlich zugängliche Bahndaten von Starlink-Satelliten und wandte die Tomographie an – denselben Trick wie in der medizinischen Bildgebung – auf die obere Atmosphäre an. Indem sie beobachteten, wie der atmosphärische Widerstand die Umlaufbahnen allmählich verfallen ließ, schätzten sie die Thermosphärendichte um etwa 1.200 Satelliten in 482 Kilometern Höhe.

Aufbau einer zweidimensionalen Atmosphärenkarte: Mit diesen Messungen erstellten sie eine zweidimensionale Längen- und Breitengrad-Momentaufnahme der Thermosphärendichte in etwa 500 Kilometern Höhe. Sie behaupten, es sei die erste tomographische Analyse dieser Art. Die Dichtemuster stimmten gut mit Beobachtungen der SWARM-Satelliten der Europäischen Weltraumorganisation überein, die Dichteänderungen entlang ihrer Umlaufbahnen messen.

Dies baut auf ihrer früheren Arbeit auf, bei der sie mit allgemeinen Bahninformationen, den sogenannten Two-Line-Element-Daten (TLE) von Starlink, abschätzten, wie sich die Thermosphärendichte über Zeit und Höhe verändert. Jetzt haben sie eine horizontale Dimension hinzugefügt und die geografischen Eigenheiten der Thermosphäre enthüllt.

Die Ergebnisse könnten ein Segen sein, da der Orbitalverkehr zunimmt. Genauere Daten zur atmosphärischen Dichte bedeuten bessere Vorhersagen der Satellitenbewegungen, was Kollisionen zwischen Satelliten und Weltraumschrott reduzieren könnte. Die Technik könnte sogar eine nahezu Echtzeit-Überwachung der Dichte um Satelliten ermöglichen, die Weltraumwettervorhersagen verbessern und den Satellitenbetrieb sicherer und zuverlässiger machen. Denn wir alle wissen, wie zuverlässig Satelliten sein müssen – bis sie es nicht mehr sind.