Erdorbit: Wie SpaceX-Daten bei der Erforschung der Thermosphäre helfen
Bessere Messungen der thermosphärischen Dichte könnten die Forschung zur oberen Atmosphäre voranbringen und gleichzeitig wertvolle Informationen für die Raumfahrttechnik liefern. Forschende der japanischen Universität Kyoto(öffnet im neuen Fenster) entwickelten dazu eine neue Technik zur Visualisierung dieses schwer zu beobachtenden Bereichs.
Angesichts tausender Satelliten und wachsender Mengen an Weltraumschrott in der erdnahen Umlaufbahn steigt das Kollisionsrisiko stetig. In mehreren hundert Kilometern über der Erde übt die Restatmosphäre, die sogenannte Thermosphäre, weiterhin so viel Luftwiderstand aus, dass Satelliten allmählich abgebremst werden. Die Bewegung von Satelliten lässt sich aufgrund der lückenhaften Datenlage dort nur unzureichend vorhersagen. Um dem entgegenzuwirken, sind präzise Vorhersagen essenziell.
TLE vs. Ephemeride: Die Datenrevolution im Erdorbit
Bisher nutzten Forschende dafür meist herkömmliche TLE-Daten (Two-Line-Element), die jedoch nur eine geringe zeitliche und räumliche Auflösung bieten. Für seine aktuelle Studie verwendete das japanische Forschungsteam die hochpräzisen Ephemeriden der Starlink-Satelliten von SpaceX.
Der Begriff Ephemeride stammt ursprünglich aus der Astronomie und beschreibt Datensätze oder Tabellen, mit denen sich die exakte Position und Bewegung von Satelliten oder anderen Himmelskörpern für bestimmte Zeitpunkte vorhersagen lassen. Diese Daten liefern präzisere Vektoren als TLE-Werte.
Mehr als 99 Prozent der oberen Atmosphäre bestehen aus elektrisch neutralem Gas, das als Thermosphäre bezeichnet wird. Der Begriff thermosphärische Dichte bezieht sich auf die Dichte dieser neutralen Atmosphäre in einer Höhe zwischen etwa 100 und 1.000 Kilometern über der Erdoberfläche. Da ionisiertes Gas die Ausbreitung von Radiowellen beeinflusst, lässt sich die Ionosphäre noch relativ einfach beobachten, während dies bei der Thermosphäre wesentlich schwieriger ist.
Detaillierte Starlink-Daten als Grundlage der Untersuchung
Auf der Grundlage der Starlink-Umlaufbahndaten wandte das Forschungsteam die Tomografie auf die obere Erdatmosphäre an – eine Technik unter anderem aus der medizinischen Bildgebung. Im Fokus der Untersuchung standen etwa 1.200 Starlink-Satelliten, die in einer Flughöhe von 482 Kilometern operieren.
Anhand ihres durch den Luftwiderstand verursachten Höhenverlusts konnte das Team erstmals eine zweidimensionale Längen- und Breiten-Momentaufnahme der thermosphärischen Dichte erstellen. Die neue Analyse fügt eine weitere Dimension hinzu, indem sie untersucht, wie die Dichte horizontal über Breiten- und Längengrade variiert, und so mehr von der geografischen Struktur der Thermosphäre offenlegt.
Die daraus resultierenden Dichtemuster zeigten eine hohe Übereinstimmung mit Beobachtungen der Swarm-Satelliten der Europäischen Weltraumagentur Esa, die Veränderungen der atmosphärischen Dichte entlang ihrer Umlaufbahnen messen.
Die Technik könnte langfristig auch Messungen der atmosphärischen Dichte in der Umgebung von Satelliten nahezu in Echtzeit ermöglichen. Eine solche Überwachung könnte die Vorhersage des Weltraumwetters verbessern und zu einem sichereren und zuverlässigeren Satellitenbetrieb in der Zukunft beitragen.
Zur Studie
Die Forschungsarbeit wurde am 30. Juli 2026 in der Fachzeitschrift Earth, Planets and Space veröffentlicht: Tomography of thermospheric density from Starlink Ephemeris: initial report.(öffnet im neuen Fenster)
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