Seit Jahrtausenden lassen sich die Menschen von den Sternen inspirieren, doch das könnte bald der Vergangenheit angehören. Denn die deutlich gestiegene Anzahl an Satelliten könnte unsere Sicht auf den Nachthimmel einschränken. Wissenschaftler der EPFL beteiligen sich an einer weltweiten Initiative, um den dunklen und ruhigen Himmel über der Erde besser zu schützen.
Stellen Sie sich Babylon um 1000 v. Chr. vor. Die Bewohner der antiken Stadt hielten ihre Sicht auf die Sterne fest und schufen so einige der frühesten astronomischen Aufzeichnungen. In Babylon und darüber hinaus nutzen die Menschen seit Jahrtausenden die Sterne für die Zeitmessung, Kartografie, Navigation und Aussaat.
Tausende Jahre später begann der italienische Astronom Galileo Galilei unsere Sicht auf das Universum durch die Beobachtungen, die er mit seinem Teleskop machte, zu verändern. Er stellte unter anderem fest, dass die Erde nicht im Zentrum von allem steht.
Heute beobachten Astronomen den Weltraum über das elektromagnetische Spektrum, von niederfrequenten Radiowellen und sichtbarem Licht bis hin zu Gammastrahlen. Mithilfe von Teleskopen auf der Erde und im Weltraum haben sie schnelle Radioausbrüche, Tausende von Exoplaneten und dunkle Materie entdeckt. Diese grundlegenden Entdeckungen helfen uns, unseren Platz im Universum besser zu verstehen.
Allerdings brauen sich am Himmel Probleme zusammen. Trotz der Vorteile der Weltraumaktivitäten für die Menschheit beeinträchtigen die zunehmende Lichtverschmutzung und das Funkrauschen durch künstliche Satelliten unsere Fähigkeit, den Nachthimmel zu erreichen, was schwerwiegende Folgen für Wissenschaft und Gesellschaft hat.
Die Erdumlaufbahn wird von Zehntausenden von Satelliten überflutet.
Derzeit befinden sich etwa zehntausend aktive Satelliten in der Erdumlaufbahn, und bis 2030 werden es schätzungsweise 100.000 sein. Die meisten werden von Starlink, OneWeb und Amazon gestartet, um einen schnellen Internetzugang oder die Erdbeobachtung zu ermöglichen. Zusammen mit den 37.000 Weltraumschrottstücken, die größer als 10 cm sind und ebenfalls das Sonnenlicht reflektieren, kann man die Situation wie folgt zusammenfassen: "Houston, wir haben ein Problem".
"Die exponentielle Zunahme der Anzahl aktiver Satelliten führt zu einem höheren Grad an Lichtverschmutzung und erzeugt lange Lichtspuren auf optisch-astronomischen Bildern, die von der Erdoberfläche aufgenommen werden. Gleichzeitig stören die von den Telekommunikationssatelliten ausgestrahlten Radiowellen die Radioteleskope", erklärt Prof. Jean-Paul Kneib, Leiter des Labors für Astrophysik (LASTRO) an der EPFL.
Jean-Paul Kneib ist auch Schweizer Wissenschaftsdelegierter beim Square Kilometer Array Observatory (SKAO), einer internationalen Organisation, die das größte Radioteleskop der Welt baut. Das Sekretariat des Square Kilometre Array Switzerland (SKACH) befindet sich an der EPFL.
Diese Radioastronomieanlage der nächsten Generation wird unter anderem in der Lage sein, zum ersten Mal die Signale der kosmischen Morgendämmerung zu erfassen, als die allerersten Sterne und Galaxien kurz vor ihrer Entstehung standen. Dies wird dazu beitragen, einige der grundlegendsten wissenschaftlichen Fragen unserer Zeit zu beantworten.
Mit einer geplanten Betriebsphase von mindestens 50 Jahren wird das SKAO einer der Eckpfeiler der Physik des 21. Jahrhunderts sein, doch die Verbreitung von Satellitenkonstellationen stellt bereits jetzt eine Herausforderung für die Vorarbeiten dar, die sie und ihre Vorläufereinrichtungen leisten.
Hochfrequenzen für Wissenschaft und Gesellschaft
Heute befinden sich viele Radioteleskope in geschützten Funkstillezonen, um Störungen durch Hochfrequenzen am Boden zu verhindern. Die Anzahl neuer Satelliten in der erdnahen Umlaufbahn bedeutet jedoch, dass diese Zonen nicht mehr das Schutzniveau bieten, das sie in der Vergangenheit hatten. Die wachsenden Satellitenkonstellationen werden ständig Signale über diese hochempfindlichen Radioteleskope senden und könnten die Messungen stark beeinflussen, wenn keine vorbeugenden Maßnahmen ergriffen werden.
Einige schmale Frequenzbänder werden von der Internationalen Fernmeldeunion (ITU) für die Radioastronomie geschützt, machen aber nur einen winzigen Bruchteil des Funkspektrums aus, das hauptsächlich für Kommunikation, Navigation, militärische und kommerzielle Zwecke genutzt wird.
Die Vollzugsordnung für den Funkdienst wird alle drei bis vier Jahre auf den Weltfunkkonferenzen (WRCs) überarbeitet. Im Jahr 2023 ließen die Interessenvertreter der Radioastronomie zum ersten Mal seit über zehn Jahren einen neuen Tagesordnungspunkt für die nächste Tagung im Jahr 2027 genehmigen, um "Studien zu technischen und regulatorischen Vorkehrungen zum Schutz von Radioastronomie, die in bestimmten Funkstillezonen operiert", zu prüfen.
Die Radioastronomie-Gemeinschaft bereitet derzeit ihre Positionen für die WRC 2027 vor, indem sie die Regierungen über die Bedeutung von Hochfrequenzen für die Forschung informiert und die Öffentlichkeit und Astronomen sensibilisiert.
Die Governance des außeratmosphärischen Raums
Die Regulierung dessen, was in den Weltraum geht, ist eine andere Geschichte. Dort oben kann man den "Wilden Westen" sehen. Der Weltraumvertrag , das grundlegende internationale Abkommen, das regelt, wie die Nationen im Weltraum agieren, wurde 1967 von den Vereinten Nationen verabschiedet. Er enthält nur wenige Regeln, obwohl er die Freiheit der Erforschung des Weltraums und seiner Nutzung zu friedlichen Zwecken, den freien Zugang zum Weltraum und die Freiheit der wissenschaftlichen Forschung im Weltraum garantiert.
Ein weiteres Schlüsselprinzip des Vertrags lautet: "Die Staaten müssen eine schädliche Verunreinigung des Weltraums und der Himmelskörper vermeiden". Wenn es Zehn- oder Hunderttausende von Satelliten gibt, kann man sie dann als schädliche Kontamination bezeichnen? Wie viele sind ausreichend?
"Es ist wichtig, dass die Weltgemeinschaft einen innovativen Ansatz für die Weltraumgovernance entwickelt, der die Komplexität der aktuellen Geopolitik berücksichtigt und gleichzeitig einen fairen Zugang zur Weltrauminfrastruktur zum Wohle der Menschheit sicherstellt. Die Raumfahrtgemeinschaft könnte sicherlich versuchen, Lehren aus der Klimakrise zu ziehen und verschiedene kulturelle Werte und Meinungen zu berücksichtigen", sagt Emmanuelle David, Exekutivdirektorin des Raumfahrtzentrums der EPFL.
Ein dunkler und ruhiger Himmel
Angesichts der Herausforderung durch Zehntausende von Satelliten am Himmel wurde das Zentrum der Internationalen Astronomischen Union (IAU) zum Schutz des dunklen und ruhigen Himmels vor Störungen durch Satellitenkonstellationen 2022 offiziell eingeweiht. Im selben Jahr legten die IAU, die SKAO und die Europäische Südsternwarte (ESO) zum ersten Mal dem Ausschuss für die friedliche Nutzung des Weltraums (CUPEEA) ein Dokument zur Prüfung vor.
Es war das erste Mal, dass der Schutz des dunklen und ruhigen Himmels der Erde offiziell auf die Tagesordnung der Vereinten Nationen gesetzt wurde. Dies ermutigt die internationale Gemeinschaft, die weltweiten astronomischen Beobachtungskapazitäten vor störenden und schädlichen künstlichen Interferenzen zu schützen. Heute wurden Jean-Paul Kneib und Thomas Schildknetch von der Universität Bern von der Schweizer Regierung als Vertreter in der neuen Initiative Group of Friends of the Dark & Quiet Skies for Science and Society (Gruppe der Freunde des dunklen und ruhigen Himmels für Wissenschaft und Gesellschaft) ernannt. Unter der Schirmherrschaft des UPECA wird diese Empfehlungen von Fachleuten sammeln, um die Interferenzen von Satelliten und großen Satellitenkonstellationen auf die Astronomie zu mildern.
"Wir müssen die Schäden anerkennen, die durch die Ausweitung des künstlichen Lichts in der Nacht verursacht werden. Als Mitglied dieser GoF-Initiative wollen wir sicherstellen, dass "die Auswirkungen von Satellitenkonstellationen auf astronomische Einrichtungen" auf die Tagesordnung gesetzt werden, um diese Probleme zu diskutieren und dafür zu sorgen, dass sie zufriedenstellend gelöst oder gemildert werden", so Jean-Paul Kneib.
Wenn Sie heute das Glück haben, von einem entfernten Ort aus eine schöne Sternennacht zu beobachten, werden Sie mehr Satelliten in der Umlaufbahn sehen, als es Sternschnuppen gibt. Die berühmten Perlenketten von Starlink mögen für einen Moment faszinierend sein, aber wollen wir wirklich Hunderte von Satelliten sehen, die sich von jedem Ort der Erde aus ständig bewegen und die Sterne überstrahlen? Ist der unberührte Nachthimmel ein menschliches Erbe?
"Da es keine bestehenden Regelungen gibt, sollten unsere Gesellschaften und nicht private Unternehmen entscheiden, ob sie unseren dunklen und ruhigen Himmel als eine von der gesamten Menschheit geteilte Ressource schützen wollen oder nicht", schließt Jean-Paul Kneib.
Diese Woche war das Raumfahrtzentrum der EPFL Mitveranstalter der Konferenz über Weltraumschrott und Nachhaltigkeit in Hongkong , auf der die neuesten Trends, Herausforderungen und Möglichkeiten im Bereich der Nachhaltigkeit im Weltraum vorgestellt wurden. Vom 6. bis 8. Januar 2025 wird das Zentrum Gastgeber der Swiss Space Sustainability Research Days sein , deren zentrales Thema der dunkle und ruhige Himmel sein wird.
