Der Raum knapp oberhalb der Erde wird immer voller, und selbst dort oben ist noch ein Hauch von Atmosphäre vorhanden. Aus den öffentlich verfügbaren Bahndaten von rund 1200 Starlink-Satelliten hat ein Forscher eine schwer beobachtbare Schicht der oberen Atmosphäre erstmals räumlich kartiert. In etwa 482 Kilometern Höhe bremst die extrem dünne Restluft die Satelliten leicht ab, und genau diese Bremswirkung diente als Messsignal. Herausgekommen ist die erste Karte ihrer Art für die neutrale Luftdichte in dieser Höhe. Warum dieser unscheinbare Bereich so wichtig ist, zeigt sich beim Blick auf Raumfahrt und Weltraumschrott.
Die obere Atmosphäre besteht zu mehr als 99 Prozent aus elektrisch neutralem Gas, das man als Thermosphäre bezeichnet. Sie reicht von etwa 100 bis 1000 Kilometern über der Erdoberfläche und bestimmt maßgeblich, wie stark Satelliten in niedriger Umlaufbahn abgebremst werden. Der geladene Anteil der oberen Atmosphäre, die Ionosphäre, macht dagegen weniger als ein Prozent aus. Weil geladenes Gas die Ausbreitung von Radiowellen beeinflusst, lässt sich die Ionosphäre vergleichsweise leicht beobachten. Die neutrale Thermosphäre hinterlässt jedoch nur ein sehr schwaches Signal, weshalb Fachleute bislang auf spezielle Instrumente, Modelle oder Messungen entlang einzelner Satellitenbahnen angewiesen waren. Eine flächige, direkte Vermessung der Luftdichte galt in dieser Höhe lange als besonders schwierig.
Statt neue Messgeräte ins All zu schicken, nutzte das Forschungsprojekt die vorhandene Satellitenflotte als riesiges Netz beweglicher Messsonden. Jeder Satellit, der durch die Thermosphäre zieht, erfährt eine kleine Reibung und verliert dadurch langsam Bahnenergie. Aus dem allmählichen Absinken der Umlaufbahnen lässt sich die Dichte der umgebenden Restluft ableiten. SpaceX stellt die dafür nötigen Bahndaten öffentlich bereit, sodach sich die Bewegungen der rund 1200 Satelliten auswerten ließen. Auf diese Weise entstand ein zweidimensionaler Schnappschuss der Luftdichte über verschiedene Breiten und Längen hinweg. Der Ansatz verwandelt ein technisches Ärgernis, nämlich die bremsende Restluft, in eine wertvolle Informationsquelle über die obere Erdatmosphäre.
Kern der Auswertung ist die Tomografie, dieselbe Technik, mit der auch in der Medizin aus vielen Einzelblicken ein räumliches Bild entsteht. Übertragen auf die obere Atmosphäre erlaubte sie es, aus den Bahnänderungen vieler Satelliten eine zusammenhängende Karte der Luftdichte zu rekonstruieren. Das Ergebnis stimmt gut mit unabhängigen Messungen eines europäischen Satellitenprogramms überein, was für die Verlässlichkeit der Methode spricht. Die vollständige Beschreibung des Verfahrens und der Datenbasis findet sich in der Fachveröffentlichung zur Kartierung der Thermosphäre aus Satellitenbahnen. Damit steht erstmals eine flächige Momentaufnahme dieser sonst kaum greifbaren Schicht zur Verfügung.
Anders als die Ionosphäre sendet die neutrale Thermosphäre kein deutliches Signal aus, das sich einfach auffangen ließe. Ihre Dichte schwankt zudem mit der Sonnenaktivität und dem Zustand des Weltraumwetters, was zuverlässige Vorhersagen erschwert. Schon ein geomagnetischer Sturm kann die Dichte deutlich erhöhen und Satelliten stärker abbremsen als geplant. Die zuständige Universität ordnet die Bedeutung der neuen Methode in ihrer Mitteilung zur Vermessung der oberen Atmosphäre ein. Je besser sich diese Schwankungen erfassen lassen, desto genauer lassen sich Bahnen berechnen und Ausweichmanöver planen.
Für die Raumfahrt ist die Dichte der oberen Atmosphäre eine Schlüsselgröße, denn sie entscheidet mit darüber, wie sich Satelliten bewegen und wann sie ihre Bahn verlieren. Präzise Angaben helfen, Zusammenstöße zu vermeiden und die wachsende Menge an Weltraumschrott besser im Blick zu behalten. Da sich in niedriger Umlaufbahn heute tausende Objekte tummeln, gewinnt jede Verbesserung der Vorhersage an Gewicht. Die Methode zeigt zugleich, wie sich vorhandene Infrastruktur zu einem großflächigen Messinstrument umfunktionieren lässt. Ähnlich unkonventionell klingt der Ansatz, bei dem die Erde selbst zum größten Detektor für Dunkle Materie wird. Dass Technik heute an ungewohnten Orten Einzug hält, verdeutlicht auch der Fall, dass der erste Quantencomputer an einer normalen Steckdose läuft.
Earth, Planets and Space, Tomography of thermospheric density from Starlink Ephemeris: initial report; doi:10.1186/s40623-026-02509-5