Die Erdatmosphäre besteht aus einzelnen Atmosphärenschichten welche oftmals basiert auf den vorherrschenden Temperaturen gegliedert werden. Die erdnächste Schicht ist die Troposphäre, welche sich von der Erdoberfläche bis auf ungefähr 8 km in den Polarregionen und 15 km in Äquatornähe erstreckt. Der Temperaturverlauf kann als linear beschrieben werden - pro Kilometer kommt es zu einer Abkühlung von ungefähr 6.5 Grad Celsius (°C). In der Stratosphäre (bis ~50 km) kommt es zu einer Umkehr im Temperaturverlauf. Aufgrund der Absorption von UV-Strahlung durch Ozon- und Sauerstoffmoleküle kommt es zu einer Erwärmung auf 0 °C. In der Mesosphäre (50 - 85 km) sinkt die Temperatur wieder auf etwa -100 °C ab. Verantwortlich dafür ist die abnehmende Absorption der Sonnenstrahlung und die ansteigende Abkühlung durch erhöhten CO2-Gehalt.
| Bild: 20h Vorhersage vom zu erwartenden Orbit Decay auf 490 km in grau sowie eine Abschätzung der Stärke eines möglicherweise auftretenden geomagnetischen Sturms nach der NOAA G-scale. |
Für die Satellitengeodäsie von speziellem Interesse ist die Thermosphäre (85 – 600 km) da sie Heimat vieler niedrigfliegender Forschungssatelliten ist. Die obere Grenze der Thermosphäre ist durch die Exobase definiert. Sie bildet den Übergang zur letzten Schicht der Exosphäre und ist durch die Abhängigkeit von der Sonnenaktivität stark variable. In der Thermosphäre nehmen die Temperaturen sehr rasch zu und erreichen Werte von über 1500 °C. Zeitgleich nimmt die Dichte der Atmosphäre mit zunehmender Höher exponentiell ab. Treffen starke Sonnenstürme auf die Erde kann dies geomagnetischen Stürme auslösen. Die dabei entstehende erhöhte Energiezufuhr in Form von hochenergetischem Teilchen und Joule heating führt zu einer Aufheizung und Ausdehnung der gesamten Erdatmosphäre. Für Satelliten bedeutet dies, dass sie unerwartet durch dichtere Luftschichten fliegen und dadurch einem erhöhten Widerstand ausgesetzt sind. Als Folgeerscheinung kommt es zu einem Höhenverlust der Satelliten (orbit decay). Je tiefer ein Satellit dabei positioniert ist desto stärker sind die Effekte aufgrund der veränderten Atmosphärendichte. Auf einer Flughöhe von 400 km kann ein einzelnes, starkes Sonnenevent ein Absinken von mehr als 100 m hervorrufen.
Das Prognosetool SODA (Satellite Orbit DecAy) basiert auf einer interdisziplinären Analyse geodätischer Weltraumbeobachtungen und Sonnenwind-In-situ-Messungen. Es prognostiziert die Auswirkung koronarer Massenauswürfe von ihren in-situ gemessenen Gegenstücken (ICME) auf die Höhe von erdnahen Satelliten auf 490 km mit einer Vorlaufzeit von etwa 20 Stunden. Zusätzlich klassifiziert es die Schwere des erwarteten geomagnetischen Sturms in Form der Space Weather G-Skala der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).
Aktuelle Daten (ESA SWE Service Network)
- Das ESA Space Safety Programme wendet sich aktiv an Nutzergruppen, deren Arbeiten von Weltraumwetter beeinflusst werden, wie z. B. der Betrieb von Raumfahrzeugen, Energiesystemen oder Fluggesellschaften. Die Dienstleistungen zielen darauf ab, den Bedarf dieser Gruppen an genauen und rechtzeitigen Informationen hinsichtlich Weltraumwetter zu decken. Um Zugang zu den Diensten zu erhalten, können Sie sich für ein kostenloses Konto auf dem ESA SWE Service Portal registrieren.
Datenquellen
- TUGraz Institut für Geodäsie
- SODA – A tool to predict storm-induced orbit decays for low Earth-orbiting satellites, Sandro Krauss et al., J. Space Weather Space Clim. 14 23 (2024), DOI: 10.1051/swsc/2024022