Können Satelliten auf die Erde fallen?

Fallen Satelliten auf die Erde? Ein Blick auf die Himmelsmechanik

Die Vorstellung, dass tonnenschwere Satelliten jederzeit auf die Erde stürzen könnten, ist weit verbreitet und verständlich. Tatsächlich befinden sich unzählige Objekte in der Erdumlaufbahn, die von winzigen Mikrometeoriten bis zu riesigen Raumstationen reichen. Doch der scheinbare Widerspruch zwischen der starken Erdanziehungskraft und der stabilen Position dieser Objekte lässt sich mit den Prinzipien der Himmelsmechanik erklären: Es ist kein Zufall, sondern ein fein austariertes Gleichgewicht aus Kräften.

Satelliten fallen nicht auf die Erde, weil ihre Bahngeschwindigkeit und die Erdanziehungskraft ein dynamisches Gleichgewicht bilden. Man kann sich das so vorstellen: Ein Satellit wird permanent von der Erde angezogen, er “fällt” also ständig auf die Erde. Doch gleichzeitig besitzt er eine immense Tangentialgeschwindigkeit, also eine Geschwindigkeit parallel zur Erdoberfläche. Diese Geschwindigkeit ist so groß, dass der Satellit der Erdkrümmung “entgegenfällt”. Er fällt zwar kontinuierlich, erreicht aber nie die Erdoberfläche, weil die Erde gleichzeitig unter ihm “wegkrümmt”.

Veranschaulichen lässt sich dies mit dem Gedankenexperiment eines Kanonenkugel-Abschusses: Eine langsam abgefeuerte Kanonenkugel würde schnell zu Boden fallen. Eine schneller abgefeuerte Kugel würde weiter fliegen, bevor sie aufschlägt. Mit ausreichend hoher Geschwindigkeit – der sogenannten Umlaufgeschwindigkeit – würde die Kugel der Erdkrümmung folgen und die Erde theoretisch umkreisen, ohne je aufzufallen. Ein Satellit verhält sich im Prinzip genau so.

Dieses Gleichgewicht ist jedoch nicht perfekt und statisch. Mehrere Faktoren beeinflussen die Satellitenbahn:

• Luftwiderstand: In niedrigen Erdumlaufbahnen übt die geringe, aber vorhandene Atmosphäre einen Widerstand aus, der die Geschwindigkeit des Satelliten allmählich reduziert. Dies führt zu einem langsamen Absinken der Bahn und letztendlich zum Absturz. Dieser Effekt ist besonders für Satelliten in niedrigen Erdumlaufbahnen (LEO) relevant.

• Sonnenwind und Sonnenstrahlung: Diese können die Bahnen von Satelliten geringfügig beeinflussen, indem sie einen leichten Druck auf die Satellitenoberfläche ausüben.

• Gravitationskräfte anderer Himmelskörper: Mond und Sonne üben ebenfalls Gravitationskräfte auf die Satelliten aus, die deren Bahnen geringfügig stören können.

• Mikrometeoriten und Weltraumschrott: Kollisionen mit diesen Objekten können die Satellitenbahn ebenfalls verändern.

Aus diesem Grund müssen viele Satelliten regelmäßig mit Hilfe von kleinen Triebwerken ihre Bahnen korrigieren, um ihren Betrieb aufrechtzuerhalten. Ohne diese Bahnkorrekturen würden viele Satelliten, insbesondere jene in niedrigen Erdumlaufbahnen, nach einiger Zeit tatsächlich auf die Erde stürzen. Der Prozess ihres Wiedereintritts in die Atmosphäre führt in der Regel zu ihrer vollständigen Verbrennung, wobei nur Bruchstücke den Erdboden erreichen könnten. Die überwältigende Mehrheit der Satelliten verglüht jedoch vollständig. Das Ausmaß des Risikos durch abstürzende Satelliten wird von Weltraumagenturen permanent überwacht und bewertet.