Spezial

Von Joachim Heinz und Simone Leuschner

„Ich seh‘ den Sternenhimmel“, hat in den 1980ern Hubert Kah gesungen. Doch das ist inzwischen in vielen Regionen nahezu unmöglich. In Deutschland ist es nachts oft zu hell. Und wenn es wirklich irgendwo dunkel ist, dann sind es nicht mehr nur Sterne, die am Firmament leuchten. Eine Einladung zu einer kurzen Reise in die Weiten des Alls, zu Forschungsinstituten und Sternwarten. Und auf einen Fußballplatz in der Eifel.

Wenn Harald Bardenhagen seinen Gästen die Dimensionen des Alls vor Augen führen möchte, dann verteilt er gern zwei Murmeln: eine für die Sonne und eine für Alpha Centauri, einen Stern in einer Entfernung von 4,3 Lichtjahren. „Wie weit müsste man diese beiden Murmeln wohl auseinanderbringen, um die 4,3 Lichtjahre maßstabsgerecht abzubilden?“, lautet dann seine Frage.

Bardenhagen ist Gründer der Astronomie-Werkstatt „Sterne ohne Grenzen“. In der Eifel, auf dem abseits großer Städte und Verkehrsströme gelegenen Gelände der ehemaligen NS-Ordensburg Vogelsang, jetzt Internationaler Platz Vogelsang IP, bietet der Astronom „Sternenwanderungen“ mit den Augen am Nachthimmel an.

Die rund zweistündigen Veranstaltungen sind aus guten Gründen keine echten Wanderungen, wie der passionierte Beobachter des Firmaments betont. Im Dunkel der Nacht, so erklärt er, könnten sich Fauna und Flora erholen. „Schon ein Flüstern versetzt Tiere in Panik.“

Vogelsang liegt im Nationalpark Eifel. Dazu passt, dass sich Bardenhagen neben der Astronomie den Naturschutz auf die Fahnen geschrieben hat. Und deswegen finden seine „Sternenwanderungen“ mit den Augen und mit Teleskopen statt. Die richten sich auf das, was nachts am Himmel leuchtet: Sterne, Kometen, Planeten.

Doch in den vergangenen Jahren fallen Bardenhagen und seinen Gästen vermehrt andere Objekte auf, die offensichtlich keinen natürlichen Ursprung haben. Heute noch erinnert sich der Gründer der Astronomie-Werkstatt an eine Begebenheit im Frühjahr 2019. Da hätten sich auf einmal 50, 60 Lichtpunkte gezeigt – „ganz eng beieinander, wie eine leuchtende Perlenschnur“, so Bardenhagen. „Was fliegt denn da?“, wollte ein Teilnehmer aus der Gruppe wissen. Militärflugzeuge auf Mission, vermutete Bardenhagen. „Aber dass die so eng nebeneinander fliegen und Licht einschalten, ist schon merkwürdig.“

Wenig später hatte er des Rätsels Lösung: Per Zufall waren er und seine Besuchergruppe Zeugen eines Überflugs der ersten 60 Starlink-Satelliten geworden, die US-Unternehmer Elon Musk in den Weltraum geschossen hatte.

Sieben Jahre später wird es in den Weiten des Alls, die Bardenhagen seinen Gästen mit dem Murmelexperiment vor Augen führt, immer voller. Wobei das vorwiegend den niedrigen Erdorbit in einer Höhe zwischen etwa 400 und 1.600 Kilometern bis zum geostationären Orbit in rund 35.000 Kilometer Höhe betrifft.

Erst Anfang Juli schlug die Europäische Südsternwarte ESO Alarm. Seit 2019 sei die Zahl der Satelliten in der Erdumlaufbahn auf über 14.000 gestiegen – „maßgeblich vorangetrieben durch die Starlink-Telekommunikationssatelliten von SpaceX“. Bislang hätten Wissenschaftler die Situation bewältigen können, sagt ESO-Astronom Olivier Hainaut. „Aber es wird immer kritischer.“

Allein Musks Unternehmen SpaceX plant, eine Million weitere Satelliten für weltraumbasierte Rechenzentren in den Orbit zu bringen. Das würde das Erscheinungsbild des Himmels grundlegend verändern. Oliver Hainaut von der ESO hat zu diesem Thema eine Studie vorgelegt. Sie zeigt, „dass über einen großen Teil jede Nacht hinweg Hunderte und zu bestimmten Zeiten Tausende Satelliten sichtbar wären“. Das entspreche der Anzahl der Sterne, die unter guten Bedingungen mit bloßem Auge zu erkennen seien.

Starlink ist nicht allein

Mit anderen Worten: Das, was Astronom Bardenhagen und seine Gruppe 2019 am Himmel über der Eifel beobachtet haben, war offenbar erst der Anfang einer Entwicklung, von der nicht abzusehen ist, wohin sie führt. Denn SpaceX mit seinen eine Million Satelliten ist nicht der einzige Akteur.

Zu den Starlink-Satelliten gesellen sich etwa die Netzwerke von Cinnamon des US-Unternehmens E-Space sowie die chinesischen Systeme CTC-1 und CTC-2. Nach Science-Fiction klingen die Pläne von Reflect Orbital. Bis 2035 will das US-Start-up 50.000 große, spiegelartige Satelliten ins All bringen. Sie sollen nachts das Sonnenlicht reflektieren und Lichtkegel erzeugen, die auf der Erdoberfläche einen Durchmesser von mindestens fünf Kilometern haben.

Wozu das Ganze gut sein soll? Antworten liefert die Website von Reflect Orbital. Da steht zum Beispiel unter dem Stichwort Energie: „Das Solarpotenzial ausbauen, damit sauberer Strom nach Bedarf bereitgestellt werden kann.“ Für industrielle Anwendungen heißt es: „Arbeitszeiten verlängern, Sicherheit verbessern, abgelegene Standorte beleuchten.“

Landwirte könnten „Wachstumszyklen individuell anpassen, Erntezeiten verlängern, Erträge steigern“, Militärs schwierige Operationen planen und Städte von genau angepassten Beleuchtungskonzepten profitieren. Was wie eine Verheißung für eine lichte Zukunft mit sauberer Sonnenenergie scheint, treibt Fachleuten die Sorgenfalten auf die Stirn. Die Natur in der Nacht steht auf dem Spiel, aber auch Lebens- und Wohnqualität.

Allein die 50.000 Reflect-Orbital-Satelliten könnten den Himmel um das Drei- bis Vierfache aufhellen, befürchten die Experten der ESO. „Dies behindert die Fähigkeit der Menschheit, lichtschwache kosmische Objekte zu beobachten – darunter weit entfernte Galaxien, erdähnliche Planeten um andere Sterne und sogar Asteroiden, die der Erde potenziell gefährlich werden können.“

Nicht zuletzt, weil Elons Musks SpaceX und Reflect Orbital in den USA sitzen, liegt der Ball nun im Spielfeld der Federal Communications Commission. Die Behörde mit dem Kürzel FCC entscheidet über die Zulassung der Großprojekte. Zugleich liegen ihr 1.800 Stellungnahmen zu Reflect Orbital und fast 1.500 Kommentare zu SpaceX vor. Für die optische Astronomie stellten beide Vorhaben eine „existenzielle Bedrohung“ dar, sagt ESO-Vertreterin Betty Kioko. „Wir hoffen, dass die Regulierungsbehörden diese Einschätzung teilen.“

Beobachter wie Carolin Liefke, Stellvertretende Leiterin des Hauses der Astronomie in Heidelberg, haben da so ihre Zweifel. „Derzeit wird der Start von Satelliten, insbesondere durch kommerzielle Anbieter, nur wenig reguliert“, erläutert die Astronomin und Physikerin. Tatsächlich habe das internationale Weltraumrecht an dieser Stelle jede Menge Lücken und auch die Zuständigkeiten seien nicht geklärt.

EU bleibt außen vor

Die meisten Satellitenkonstellationen würden derzeit von der FCC geregelt, weil die entsprechenden Firmen in den USA ansässig seien, „obwohl wir letztlich von globalen Auswirkungen sprechen“, kritisiert Liefke. „Dabei geht es dann aber in erster Linie um die Nutzung bestimmter Frequenzen zum Datentransfer.“ Die EU sei in dieser Sache „praktisch vollkommen außen vor“ und spiele nur eine untergeordnete Rolle.

Ähnlich sieht es auch Harald Bardenhagen. Zugleich steige der Handlungsbedarf. Immer mehr Satelliten im All – das bedeutet auch immer mehr Weltraumschrott. Eine weitere Belastung für die Umwelt – die zudem die Gefahr von Kollisionen erhöht. Bardenhagen verweist in diesem Zusammenhang auf den nach dem US-Astronomen Donald J. Kessler benannten „Kessler-Effekt“.

„Bei Satellitenkollisionen entstehen eine Reihe von Trümmern“, warnten Kessler und sein Kollege Burton G. Cour-Palais schon 1978. „Einige davon könnten bei einer Kollision einen weiteren Satelliten zerstören und so noch mehr Trümmer erzeugen.“ Das Ergebnis? Ein exponentieller Anstieg der Objekte, wodurch sich im Laufe der Zeit ein Trümmergürtel um die Erde bilden würde.

Derartige Fragen beschäftigen auch die Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut, EMI in Freiburg. Was passiert genau bei einer Kollision zweier Satelliten oder einem Satelliten mit einem Schrotteilchen? Wie zerfällt der Satellit? In wie viele Teile? Wie groß sind die Teile, in welche Richtung bewegen Sie sich und wie schnell?

Eine grundlegende Beobachtung der Forscher: „Auch bei kurzen Aufenthaltsdauern im Orbit ist mit einer signifikanten Zahl kleiner und kleinster Einschläge auf die Außenhaut von Raumfahrzeugen zu rechnen.“ So mussten auf fast jeder Mission des Space Shuttles eine oder mehrere Fensterscheiben ausgetauscht werden, weil sogenannte Impact-Schäden die Scheiben unbrauchbar gemacht hatten.

Hohes Risiko durch Trümmer

Eine deutliche Verschärfung der Weltraummüllproblematik läutete laut EMI die absichtliche Zerstörung des chinesischen Wettersatelliten Fengyun-1c in einer Höhe von rund 850 Kilometern am 11. Januar 2007 ein. „Durch dieses Ereignis entstanden mehrere tausend beobachtbare Trümmer in einer vielgenutzten Umlaufbahn speziell für Erdbeobachtungssatelliten. Dadurch erhöhte sich in dieser Umlaufbahn schlagartig das Risiko einer missionskritischen Kollision um 50 Prozent.“

Zwei Jahre später kam es zu einer zufälligen Kollision zwischen den Satelliten Iridium 33 und Cosmos 2251, die weitere 1.500 gerade noch beobachtbare Trümmer und Millionen Kleinsttrümmer erzeugte. Vorboten für einen Kaskadeneffekt, wie ihn US-Astronom Kessler und seine Kollegen bereits Anfang der 1970er Jahre bereits beschrieben hatten. „Damit zeichnet sich ab, dass das Thema Weltraummüll die Raumfahrt über viele Jahrzehnte hinweg beschäftigen wird.“

Im Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR entwickeln sie deswegen Radar- und Sensortechnologien für Weltraumüberwachung, radarbasierte Weltraumaufklärung und Space Situational Awareness (SSA).  „Leistungsfähige Antennensysteme, innovative Radarverfahren und moderne Signalverarbeitung ermöglichen die Detektion selbst kleiner Weltraumobjekte und deren präzise Bahnverfolgung“, heißt es auf der Website. Betreiber sollen auf diese Weise von „verbesserten Bahnanalysen, zuverlässigen Kollisionswarnungen und datenbasierten Entscheidungsgrundlagen für Missionsplanung und Satellitenbetrieb“ profitieren.

Dabei hilft unter anderem die vom FHR für das Verteidigungsministerium und die Bundesrepublik Deutschland betriebene Großradaranlage TIRA (Tracking and Imaging Radar) in Berkum bei Bonn. Die weithin sichtbare weiße Kugel ist ein 47,5 Metern großes Radom – das größte seiner Art weltweit. Diese Außenhaut schützt eine Parabolantenne mit einem Durchmesser von 34 Metern.

Wie sich der Weltraumschrott wirklich nachhaltig reduzieren lässt, ist laut Auskunft von Thomas Loosen vom Fraunhofer-Institut für Kommunikation, Informationsverarbeitung und Ergonomie FKIE noch nicht so lange auf dem Radar der Experten. Als Stichworte nennt er „Demisability“ und die „Atmospheric Re-Entry Pollution“. „Bei ersterem geht es darum, dafür zu sorgen, dass Raumfahrzeuge, also vor allem Satelliten, wirklich vollständig verglühen und keine größeren Trümmerteile auf der Erde einschlagen“, erläutert Loosen. „Bei letzterem geht es darum, dass durch das Verglühen von Satelliten große Mengen winziger Metallpartikel in die oberen Atmosphärenschichten eingebracht werden, ohne dass man zum jetzigen Zeitpunkt genau sagen könnte, wie sich das auf die Atmosphäre und das Klima auswirkt.“

Der Gründer der Astronomie-Werkstatt Harald Bardenhagen richtet unterdessen seine Blicke nicht nur himmelwärts. Der Nationalpark Eifel ist „Sternenpark“ und wurde im Jahr 2014 als erster International Dark-Sky-Park von der Organisation DarkSky International anerkannt. Das heißt: Hier sind besonders wenige künstliche Lichtquellen, die den Blick auf den nächtlichen Sternenhimmel verschleiern.

Im Gegensatz zu den Herausforderungen im Orbit dringen die Folgen von Lichtsmog auf der Erde allmählich ins öffentliche Bewusstsein, sagt Bardenhagen. Phasen der Dunkelheit seien eminent wichtig für alle Lebewesen, betont er. „Künstliches Licht bei Nacht zerstört Lebensräume der vielen nachtaktiven Lebewesen und bringt das natürliche Gleichgewicht durcheinander.“

Bei seinen Sternenwanderungen ist ihm beispielsweise aufgefallen: Die Wiesen auf dem Vogelsang-Gelände riechen nachts anders als tagsüber. Das liege an den Pflanzen, die entweder nur nachts oder nur tagsüber ihre Blüten öffnen und mit ihren Duftstoffen Insekten anlocken. Umso unverständlicher findet Bardenhagen, wenn Hausbesitzer ihre Anwesen von außen beleuchten, wenn Unternehmen ihre Fuhrparks nachts unter gleißendes Licht setzen, wenn Städte ihre Sehenswürdigkeiten von abends bis morgens beleuchten. „Lichtsmog“ oder „Lichtverschmutzung“ heißt das Phänomen.

„Mehr als die Hälfte der Tierarten sind nachtaktiv – und die brauchen dunkle, nächtliche Lebenslandschaften“, erläutert Bardenhagen. Ein anderes Beispiel: Vögel, die wandern oder nachts auf Beutejagd gehen, orientieren sich am Mond- und Sternenlicht. Künstliches Licht bringt sie vom Kurs ab. Dauerilluminierte Städte werden zu Todesfallen. Jedes Jahr sterben laut Angaben von Experten Millionen von Vögeln durch Kollisionen mit unnötig beleuchteten Gebäuden und Türmen.

Was Lichtsmog für die Menschen bedeutet, führte beispielsweise der „World Atlas of Artificial Night Sky Brightness“ aus dem Jahr 2016 auf. Demnach leben 80 Prozent der Weltbevölkerung unter dem Einfluss von Lichtverschmutzung. In den Vereinigten Staaten und Europa können 99 Prozent der Bevölkerung keine natürliche Nacht erleben.

Die Organisation DarkSky International verweist auf wissenschaftliche Untersuchungen, die einen eindeutigen Zusammenhang zwischen nächtlicher Lichtexposition und bestimmten biologischen Auswirkungen belegen. Demnach kann Lichteinwirkung nach Einbruch der Dunkelheit die körpereigene Produktion von Melatonin unterdrücken. Dabei handelt es sich um ein wichtiges Hormon, das dem Körper signalisiert, dass es Zeit zum Schlafen ist. Einige Studien zeigten zudem, dass eine Störung des Hell-Dunkel-Rhythmus die Funktion der menschlichen Gene beeinflussen könne.

Aufklärung tut not

Aufklären, das Bewusstsein für die Folgen von Lichtsmog schärfen – auch das gehört zu der Mission von Bardenhagen, der seit Jahrzehnten Mitglied bei DarkSky International ist. Letzten Endes müsse aber auch der Gesetzgeber aktiv werden. Im Nachbarland Frankreich zeigten sich die positiven Effekte. „Dort ist es nachts wirklich dunkler.“ In Deutschland dagegen seien Kommunen immer noch gezwungen, einen Kreisverkehr mit Fußgängerüberweg zu beleuchten „wie einen Fußballplatz“.

Apropos Fußballplatz: Für die Beleuchtung von Sportstätten gibt es inzwischen Varianten, die den Kämpfer gegen Lichtsmog zuversichtlich stimmen. In Sötenich wurde im März dieses Jahres eine neue Lichtanlage in Betrieb genommen, die laut Medienberichten so gut wie keine Abstrahlung an die umliegenden Flächen oder in den Himmel abgibt. Die erste DarkSky-zertifizierte Sportanlage in Europa, wie Bardenhagen betont. Der Ortsteil von Kall liegt nur wenige Kilometer entfernt von seiner Astronomie-Werkstatt und ist damit auch Teil des Sternenparks Eifel. Ein weiterer Pluspunkt: Die LED-Strahler sind bis zu 60 Prozent energieeffizienter als herkömmliche Leuchten und der Hersteller bietet zehn Jahre Garantie auf alles.

Solche Maßnahmen können eine große Wirkung haben, weiß Bardenhagen. Es sei schon vorgekommen, dass sich manche seiner Gäste einen Tag nach einer Sternenwanderung auf der Rückfahrt ins Rheinland oder ins Ruhrgebiet gemeldet hätten. „Nun weiß ich, was Sie mit Lichtsmog meinen. Jetzt sehe ich jede Lampe mit anderen Augen.“

In den Ballungsgebieten um Bonn, Köln, Düsseldorf oder Essen ist es schlicht zu hell, um den Sternehimmel in all seiner Pracht zu beobachten. Jeder, der das einmal getan hat, ist begeistert von diesem Hauch von Unendlichkeit, der sich dann auftut. Manch einen wird der Anblick von All und Natur vielleicht auch eine Portion Demut lehren.

Ach so: Wie weit müssten jetzt die beiden Murmeln voneinander entfernt sein, um die 4,3 Lichtjahre Abstand eines Sterns zur Sonne maßstabsgerecht abzubilden? „Das verrate ich Ihnen jetzt doch nicht“, sagt Bardenhagen und schmunzelt. „Dazu kommen Sie mal lieber zu einer Sternenwanderung.“ 

Harald Bardenhagen ist Gründer der Astronomie-Werkstatt Sterne ohne Grenzen. Er bietet in der Eifel „Sternenwanderungen“ an. Im Gespräch mit dem VAA Magazin erklärt er, was Menschen am nächtlichen Himmel beeindruckt – und was sich in den vergangenen Jahren geändert hat.

VAA Magazin: Was fasziniert die Menschen am Sternenhimmel?

Bardenhagen: Die Ästhetik dieses Anblicks.

Lässt sich diese Faszination etwas näher beschreiben?

Vielleicht durch die Fragen, die dann aufkommen. Was sehe ich da? Wie groß ist das Universum? Was ist der Unterschied zwischen Planeten und Sternen? Bis hin zur existenziellen Frage: Was haben wir Menschen denn eigentlich mit alledem zu tun?

Hat sich dieser Anblick in den vergangenen Jahren geändert?

Seit Jahrzehnten beobachte ich den Himmel. Wir verlieren die Dunkelheit der Nacht mit Lichtgeschwindigkeit – immer mehr Licht, immer weniger Sterne. Und inzwischen vergehen keine zwei, drei Minuten, in denen ich nicht selbst im sehr kleinen Blickfeld des Teleskops einen Satelliten durchrasen sehe. Manche meiner Gäste sagen dann: „Da ist eine Sternschnuppe durchgeflogen!“ Ich antworte dann bestimmt: „Nein, nein, das war ein Satellit.“ Der Satellitenfunk stört die in der Eifel traditionelle Radioastronomie auch ganz erheblich. Selbst ein einfaches Handy, das ich auf dem Mond einschalte, würde tausendmal heller strahlen als eine entfernte Galaxie.

Sie klingen besorgt.

Es geht nicht nur darum, dass durch neue Lichtpunkte am Himmel der Blick auf den Sternenhimmel „vermiest“ wird. Die Grundlagenforschung wird massiv eingeschränkt. Wenn bei Aufnahmen durch die großen Observatorien ein Satellit durchs Bild fliegt, dann ist diese Aufnahme möglicherweise unbrauchbar. Bis der Wissenschaftler, der diese Aufnahme anfertigen lässt, wieder einen neuen Slot von einer halben oder ganzen Stunde dafür bekommt, können locker drei Jahre vergehen. Und solche Verluste sind letztlich Steuergelder, die an anderen Stellen fehlen.

Die Satelliten im erdnahen Orbit dienen unter anderem dazu, die Verbindung zum Internet zu verbessern.

Aber sie haben eine begrenzte Lebensdauer von wenigen Jahren. Im erdnahen Orbit gibt es geringe Reste von Atmosphäre. Diese bremsen alle Satelliten langsam und sie sinken in noch dichtere Luftschichten. Der Bremseffekt wird immer größer und schließlich verglüht der Satellit.

Das Ergebnis?

In nicht allzu ferner Zeit haben wir Tonnen von Aluminiumstaub und Elektroschrott in der Hochatmosphäre. Wir, und auch unsere Kinder und Enkel, benötigen Raumfahrt dringend. Nicht, um zum Mond oder zum Mars zu fliegen. Sondern um Wetter- und andere Erdbeobachtungssatelliten ins All zu bringen, die uns einen Überblick über das geben, was auf unserem Planeten passiert. Um diese Satelliten ins All zu bringen, muss man in oder durch den erdnahen Orbit – und die Gefahr von Kollisionen steigt mit der zunehmenden Anzahl der Satelliten immens.

Sie setzen sich auch gegen Lichtverschmutzung auf der Erde sein – warum?

Weil alle Lebewesen Dunkelheit benötigen. Tagaktive benötigen Dunkelheit für einen gesunden Schlaf, für die Nachtaktiven ist die Dunkelheit die existenzielle Lebensnische. Nachtfalter etwa sind wichtige Bestäuber für nachtaktive Pflanzen. Fehlt dieses Zusammenspiel, hat das ganz konkrete Folgen für unsere Umwelt. Das Leben auf unserem Planeten hat sich in 3,7 Milliarden Jahren durch den stetigen Wechsel von Helligkeit bei Tag und Dunkelheit bei Nacht entwickelt. Und das hat sich in das „Betriebssystem“ aller Lebewesen eingeprägt. Dagegen zu arbeiten ist riskant und wahrlich keine gute Idee.

Weitere Informationen zur Astronomie-Werkstatt von Harald Bardenhagen unter www.sterne-ohne-grenzen.de.