Satelliten-Flut verschmutzt die Atmosphäre und beeinflusst das Klima

Manchmal sind sie als einzelne, schnell ziehende Lichtpunkte oder - oft kurz nach neuen Starts - als Perlenkette aus mehreren Lichtern am Nachthimmel zu sehen: Satelliten sogenannter Megakonstellationen wie Starlink, OneWeb, Guowang oder Qianfan. Allein Starlink hat bereits weit über 10.000 Satelliten ins All gebracht, durch regelmäßige Starts kommen immer neue hinzu. Für Klima und Ozonschicht drohen Folgen in noch weitgehend ungewissem Ausmaß, wie Forscher warnen. Gerade die Chemie der sehr dünnen oberen Atmosphäre ist Experten zufolge empfindlich und kann sich schon bei geringen Einflüssen erheblich verändern.

Megakonstellationen sind Anordnungen oft tausender bis zehntausender Satelliten mit gemeinsamer Aufgabe wie der Versorgung mit Breitband-Internet. Die billigen Massenprodukte mit hoher Ausfallrate und einer Haltbarkeit von nur etwa fünf Jahren werden in niedrige Erdumlaufbahnen - etwa 160 bis 2.000 Kilometer über der Erdoberfläche - gebracht. Starlink hatte 2019 als erstes Unternehmen weltweit mit dem systematischen Aufbau eines solchen Großprojekts begonnen, das eines Tages aus mehr als 30.000 aktiven Satelliten bestehen soll.

Megakonstellationen dienen vor allem dazu, Datenverbindungen aus dem All bereitzustellen, auch in Regionen ohne Glasfaser oder zuverlässiges terrestrisches Netz. Theoretisch würde ein Netzwerk genügen, um der gesamten Welt Internetzugang zu gewähren. Die Satelliten werden auch für sicherheitskritische staatliche und militärische Kommunikation genutzt - was den Willen vieler Länder verstärkt, lieber selbst solche Konstellationen aufzubauen.

Ganz vorn mit dabei ist China, das gleich mehrere gigantische Satelliten-Anordnungen auf den Weg gebracht hat. Auch die EU plant mit Iris² ein Netzwerk. Die Zahl aktiver Satelliten im niedrigen Erdorbit vervielfacht sich durch den Aufbau solcher Konstellationen innerhalb kürzester Zeit. Immer mehr schädliche Chemikalien werden im Zuge dessen in der Atmosphäre freigesetzt, wie Wissenschaftler im Fachjournal "Earth's Future" warnen.

Satelliten-Megakonstellationen machen demnach mittlerweile fast drei Viertel aller Satelliten in der erdnahen Umlaufbahn sowie den größten Teil des in der Raumfahrt verbrauchten Treibstoffs aus. "In den kommenden Jahrzehnten wird ein weiterer schneller Ausbau erwartet, der zu einer deutlichen Erhöhung der Startraten führen wird, um die Megakonstellationen aufrechtzuerhalten, sowie zu einer höheren Wiedereintrittsrate, wenn diese relativ kurzlebigen Satelliten das Ende ihrer Lebensdauer erreichen."

Auf der Grundlage von Daten zu Raketenstarts und Satellitenplatzierungen aus den Jahren 2020 bis 2022 prognostiziert das Team um Eloise Marais vom University College London (UCL) die Emissionsentwicklung bis zum Ende des Jahrzehnts. Berücksichtigt werden auch die Schadstoffemissionen beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre: Auch sie werden voraussichtlich erheblich zunehmen, da die Satelliten der Megakonstellationen etwa alle fünf Jahre ausgetauscht werden sollen.

Die Zahl der Starts und Wiedereintritte steige rasant, heißt es in der Studie. Im Jahr 2020 habe es 114 Raketenstarts gegeben, 2025 bereits 329. Noch sei Starlink mit rund 12.000 Satelliten im Orbit das größte System, konkurrierende Unternehmen hätten aber bereits hunderte Satelliten im All. Frühere Schätzungen, die von weiteren 65.000 Satelliten im Orbit bis zum Ende des Jahrzehnts ausgingen, seien angesichts behördlicher Anmeldungen bereits überholt.

Satelliten bestehen zum Großteil aus Aluminium, das Experten zufolge beim Wiedereintritt in die Atmosphäre mit Sauerstoff reagiert und Aluminiumoxid bildet – von dem seit Jahrzehnten bekannt ist, dass es den Ozonabbau beschleunigt. Einer im Juni 2024 im Fachblatt "Geophysical Research Letters" vorgestellten Studie zufolge entstehen beim Verglühen eines kleinen, 250 Kilogramm schweren Satelliten etwa 30 Kilogramm Aluminiumoxid-Partikel. Diese katalysieren an ihren Oberflächen Reaktionen, bei denen aus chlorhaltigen Verbindungen Chlor abgespalten wird. Chlor wiederum zerstört Ozonmoleküle. 

Durch politische Maßnahmen wie das Montrealer Protokoll erzielte Fortschritte drohten zunichtegemacht zu werden, warnt das Team um Marais. Bei dem Abkommen hatten sich zahlreiche Länder 1987 auf einen FCKW-Ausstieg verständigt. Zuvor war entdeckt worden, dass die Ozonschicht, die die Erde vor der ultravioletten Strahlung der Sonne schützt, durch den Ausstoß von FCKW (Fluorchlorkohlenwasserstoffe) immer dünner wurde. Ab dem Jahr 2000 begann sich das Ozonloch - sehr langsam - wieder zu schließen.

Die starke Verschmutzung durch Megakonstellationen werde zudem bis zum Ende des Jahrzehnts fast die Hälfte (42 Prozent) der Klimabelastung durch den Raumfahrtsektor ausmachen, schätzen die Forschenden um Marais. Das bei vielen Starts verwendete spezielle Kerosin ist demnach zum einen eine Quelle für Rußpartikel, die über verschiedene Prozesse den Abbau der Ozonschicht fördern können. Zudem absorbiere Raketenruß Sonnenlicht, erwärme die oberen Schichten der Atmosphäre und verringere die Menge an Sonnenlicht, die die untere Atmosphäre der Erde erreicht.

Das Team schätzt, dass die Raumfahrtindustrie bis zum Jahr 2029 jährlich etwa 870 Tonnen Ruß in die Atmosphäre bringen wird. Aufgrund der langsamen Zirkulationsmuster in der Atmosphäre verbleibe er - anders als der in Bodennähe - über Jahre hinweg in den oberen Atmosphärenschichten. "Je länger ein Schadstoff in der Atmosphäre verweilt, desto größer ist seine Auswirkung." Der bei Starts freigesetzte Ruß wirke dadurch etwa 540-mal stärker auf das Klima ein als nahe der Erdoberfläche freigesetzter Ruß.

Bis zum Jahr 2029 könnte die sich ansammelnde Verschmutzung eine Wirkung entfalten, die der vorgeschlagener Geoengineering-Methoden zum Kühlen des Planeten durch Einbringen von Partikeln in die obere Atmosphäre ähnelt. "Die Umweltverschmutzung durch die Raumfahrtindustrie gleicht einem kleinskaligen, unregulierten Geoengineering-Experiment, das zahlreiche unbeabsichtigte und schwerwiegende ökologische Folgen haben könnte", betont Marais.

Derzeit seien die Auswirkungen auf die Atmosphäre noch gering. "Wir haben also noch die Chance, frühzeitig gegenzusteuern, bevor sich das Problem zu einer ernsten Bedrohung auswächst, die sich nur noch schwer rückgängig machen oder beheben lässt." Bislang seien allerdings nur begrenzt Anstrengungen zu erkennen.

Das scheint umso bedenklicher, als die Prognosen des Teams womöglich zu niedrig angesetzt sind: Schon die tatsächliche Zahl der Raketenstarts zwischen 2023 und 2025 habe die Prognosen übertroffen, für die kommenden Jahre würden noch weitaus mehr Starts erwartet, hieß es. Dringend erforderlich seien direkte Messungen, betont das Team um Marais. Dabei gehe es etwa um chemische Prozesse im Triebwerk, in der Abgasfahne und in der Atmosphäre sowie physikalische und optische Eigenschaften von Emissionsprodukten. 

Im Fachmagazin "PNAS" berichteten Forschende gerade erst über einen umgekehrten Effekt in bodennahen Atmosphärenschichten: Die Verringerung des Ausstoßes von Feinstaub und anderen Aerosolen für eine verbesserte Luftqualität verstärkte demnach in den vergangenen Jahren die Erderwärmung. Für den Zeitraum von 2013 bis 2023 ermittelte das Team einen möglichen Effekt von 0,044 Grad. Am meisten dazu beigetragen haben Maßnahmen in China und die Verringerung des Schwefelanteils in Schiffskraftstoffen, wie es hieß.