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Wissen Wissenschaft
07/12/2021

Forscher können Sonnenaktivität bis zu zwei Jahre vorhersagen

Derartige Prognosen ermöglichen eine bessere Steuerung erdnaher Satelliten oder den Wiedereintritt von Raketenstufen in die Atmosphäre.

Die Bahnen von erdnahen Satelliten, aber auch jene von Weltraummüll werden durch die Sonnenaktivität beeinflusst, da diese Einfluss auf die Dichte der äußeren Atmosphäre hat. Österreichische und russische Forscher haben nun eine Methode und Software entwickelt, die die Sonnenaktivität bis zu zwei Jahre vorhersagen kann. Damit können nicht nur Satellitenbahnen verbessert, sondern auch der Wiedereintritt etwa von Raketenstufen in die Atmosphäre besser gesteuert werden.

In den 1970er Jahren erlebte die NASA eine böse Überraschung, als sich herausstellte, dass die US-Weltraumstation "Skylab" schneller sank als geplant. Eigentlich hatte man geplant, das Raumlabor nach mehrjähriger Pause mit einem Space Shuttle in eine höhere Umlaufbahn zu heben. Doch hohe Sonnenaktivität hatte zu einer unerwarteten Ausdehnung der Erdatmosphäre geführt, wodurch "Skylab" abgebremst wurde und schließlich 1979 mehr oder weniger unkontrolliert auf die Erde stürzte.

Bei der Berechnung von Satellitenbahnen, insbesondere solche auf niedrigen Umlaufbahnen, oder der Bestimmung des Zeitpunkts des Wiedereintritts zum Beispiel eines ausgedienten Satelliten muss die Dichte der oberen Erdatmosphäre berücksichtigt werden. Denn je dichter die Atmosphäre ist, umso stärker wird eine Sonde aufgrund der stärkeren Reibung abgebremst.

Frage der Dichte

Die Dichte dieser oberen Luftschichten hängt stark von der Sonnenaktivität ab, da diese die äußere Erdatmosphäre aufheizen kann, wodurch sie sich ausdehnt. "Bei den Bahnberechnungen und den Berechnungen der Wiedereintritte von Objekten muss daher die Sonnenaktivität berücksichtigt werden - und dafür ist es wichtig, gute Vorhersagen zu haben, teils über Jahre, was sehr schwierig ist", erklärte Astrid Veronig, Direktorin des Observatoriums Kanzelhöhe der Universität Graz, gegenüber der APA.

Sie und ihr Team haben gemeinsam mit Wissenschafterinnen des Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech) in Moskau und dem Raumfahrtkontrollzentrum ESOC der Europäischen Weltraumorganisation ESA eine Methode und die Software RESONANCE ("Radio Emissions from the Sun: ONline ANalytical Computer-aided Estimator") entwickelt, um den sogenannten solaren Radioflussindex bis zu 24 Monate im Voraus vorherzusagen. Dieser Index ist proportional zur Sonnenaktivität und gibt die Strahlungsdichte der Radiostrahlung der Sonne bei bestimmten Wellenlängen an - im konkreten Fall bei Wellenlängen von 10,7 und 30 Zentimeter.

Geprüftes Prognosemodell

Wie die Forscher im Fachmagazin Astrophysical Journal berichten, haben sie die Leistung ihres Prognosemodells anhand von über 600 ausgebrannten Raketenstufen und ausrangierten Satelliten sowie mehr als 2.300 Weltraummüll-Objekten die von 2006 bis 2019 wieder in die Erdatmosphäre eingetreten sind, überprüft. Dabei zeigte sich, dass die mit RESONANCE gewonnenen Resultate zur Verbesserung der Vorhersage solcher Wiedereintrittsereignisse genutzt werden können.

"Der Punkt ist, dass bereits kleine Veränderungen bzw. Fehler in der Vorhersage der Sonnenaktivität einen großen Effekt auf den Zeitpunkt haben, wann der Wiedereintritt erfolgt, und - aufgrund ihrer hohen Orbitalgeschwindigkeit - einen noch größeren Einfluss auf die Position, wo der Satellit bzw. das Objekt runterkommt. Da ist man dann schnell auf einem anderen Kontinent bzw. statt über dem Meer über Festland, was man ja vermeiden will", so Veronig.

Die Forscher entwickeln derzeit auf Basis ihrer Methode ein automatisches Service, das laufend Vorhersagen des Radioflusses der Sonne und damit der Sonnenaktivität liefert. Dieses Prognosewerkzeug soll dann im Rahmen des ESA Space Safety Programms angeboten werden. Laut Veronig wird es noch ein bis zwei Jahre dauern, bis es in vollem Umfang zur Verfügung steht.

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