Verteidigung der Erde gegen kosmische Gefahren

Scott Madry Geschäftsführer, Global Space Institute, North Carolina, USA

Ram Jakhu Institut für Luft- und Raumfahrtrecht, McGill University, Kanada

Joseph N. Pelton Internationale Vereinigung zur Förderung der Weltraumsicherheit (IAASS)

Die jährliche Reise der Erde um die Sonne stellt eine gefährliche kosmische Reise dar und seit Tausenden von Jahren sind sich die Menschen der Gefahren von Asteroiden und Kometen, koronalen Massenauswürfen, Sonnenstrahlungseruptionen und anderen kosmischen Ereignissen, die unser tägliches Leben bedrohen, völlig unbekannt. Die Global Space Governance Study befasst sich nun mit den technischen Herausforderungen und regulatorischen Maßnahmen für eine umfassende planetare Verteidigungsstrategie.

Sir Arthur Clarke zitierte gern seinen Kollegen Larry Niven, einen Science-Fiction-Autoren, und zitierte häufig die berühmten Zeilen von Niven: "Die Dinosaurier sind ausgestorben, weil sie kein Weltraumprogramm hatten." Und wenn wir aussterben, weil wir kein Weltraumprogramm haben, wird es uns recht tun! “Diese anscheinend skurrile Beobachtung über das Ende der Dinosaurier und den Aufstieg von Säugetieren ist eigentlich eine ziemlich tiefe Aussage über die menschliche Verfassung. Nivens sardonisches Zitat geht direkt in den Kern des Problems. Haben wir den Willen und die Intelligenz, um zu überleben, und ist die menschliche Weltraumwissenschaft auf ein Niveau angestiegen, das ausreicht, um signifikante kosmische Gefahren zu identifizieren, die das Überleben der menschlichen Rasse gefährden könnten, und dann proaktiv zu reagieren?

Dies ist eines der Hauptthemen, mit denen sich das Institut für Luft- und Weltraumrecht der McGill University befasst - die Global Space Governance Study, eine interdisziplinäre Studie, die von über 100 Weltraumwissenschaftlern und Weltraumanwälten einstimmig angenommen wurde nicht nur die technologischen Fähigkeiten, sondern auch institutionelle und regulatorische Maßnahmen, die erforderlich sein könnten, um eine tragfähige planetare Verteidigungsstrategie zu verfolgen.

Wir waren uns solcher kosmischen Gefahren weitgehend nicht bewusst, bis das Weltraumzeitalter in den 1950er Jahren einsetzte. Zum ersten Mal konnten wir Raumsonden mit Sensoren entwerfen, die es uns ermöglichten, die Eigenschaften der Geomagnetosphäre zu untersuchen, die Van-Allen-Gürtel zu entdecken und die Zusammensetzung unserer oberen Atmosphäre zu bestimmen, die jeweils zum Schutz des Lebens auf der Erde beiträgt.

Jüngste Erfahrungen und wissenschaftliche Studien legen nahe, dass es Gefahren durch kosmische Strahlung gibt, die wirklich ernst genommen werden müssen

In gewisser Weise ist es, als würde man russisches Roulette mit einer zufälligen Ansammlung von Steinen, Metallkugeln und Sonnenstürmen spielen, die die Menschheit häufig einem gewissen Risiko aussetzen. Die Art der Gefahr reicht von einer großen städtischen Katastrophe in Form eines "City-Killer" -Asteroiden über den weltweiten Verlust moderner Infrastruktur durch einen massiven koronalen Massenauswurf bis hin zur vollständigen Zerstörung einer Art durch einen gigantischen Kometen oder Asteroiden könnte das Leben auslöschen, wie wir es kennen.

Die Global Space Governance Study der McGill University listet die drei größten kosmischen Gefahren auf, die die Erde heute bedrohen:

  • Sonneneruptionen und Sonnenstürme, sogenannte Coronal Mass Ejections (CMEs)
  • Änderungen an der Erdmagnetosphäre, die wirksame Schutzschilde beseitigen, um solare koronale Massenauswürfe abzuwehren
  • Potenziell gefährliche Asteroiden und Kometen, die zur Massenvernichtung führen können.

Es gibt andere Gefahren aus dem Weltraum, einschließlich des vom Menschen verursachten Problems von Trümmern in der Umlaufbahn. Auch der Klimawandel - ein komplexes Thema, bei dem die menschliche Industrie und die Sonnenstrahlung auf die Erdatmosphäre einwirken - ist eine Form der Sonnenbedrohung, auf die hier jedoch nicht eingegangen wird.

Ein langer Faden brach am 31. August 2012 an der Sonne aus und wurde vom Solar Dynamics Observatory (SDO) der NASA aufgenommen.

Die Erde wird nicht nur durch Sonnenstrahlung, sondern auch durch kosmische Strahlung bombardiert, die von den Kernreaktionen in Sternen, von Novae und Supernovae und sogar von Pulsaren herrührt. Jüngste Erfahrungen und wissenschaftliche Studien legen nahe, dass es Gefahren durch kosmische Strahlung gibt, die wirklich ernst genommen werden müssen.

Sonneneruptionen und Stürme

Die Sonne ist unsere Hauptstrahlungsquelle. Es spendet dem Sonnensystem und der Erde Energie - insbesondere bei ultravioletten Frequenzen und einem konstanten Strom von Röntgen- und Gammastrahlen. Milliarden von Sternen tun das Gleiche im gesamten Universum, und das derzeitige Verständnis von Sonne, Sonneneruptionen und koronalen Massenauswürfen wird teilweise durch die Untersuchung anderer Sterne in der Galaxie und darüber hinaus abgeleitet.

Die Sonnenaktivität folgt einem bekannten, aber nicht leicht verständlichen 11-Jahres-Zyklus, der sich vom solaren Minimum zum solaren Maximum bewegt. Der jüngste Höhepunkt des Zyklus wurde in der Herbstsaison 2013 erreicht. Die Energiemenge, die jeden Tag die Erde erreicht, ungefähr 149 Millionen Kilometer von der Sonnenoberfläche entfernt, ist das 10.000-fache der Gesamtmenge, die die gesamte Menschheit tatsächlich verbraucht 'verbraucht'.

Der Meteorkrater mit 180 km Durchmesser am Yucat

1859 traf ein gigantischer koronaler Massenauswurf mit Milliarden Tonnen Ionen, die sich mit Millionen Stundenkilometern bewegten, die Erde beim sogenannten „Carrington-Ereignis“. Telegraphenbüros wurden in Brand gesteckt und das Nordlicht bis nach Kuba und Hawaii gesichtet. Wenn dieses Ereignis heute eingetreten wäre, hätten wir weltweit Stromnetze verloren, wichtige Telekommunikations- und Weltraumnavigationssatelliten wären abgeschaltet worden und Öl-, Gas- und Wasserleitungen wären betroffen gewesen. Das Eissturmereignis in Montreal von 1998 und der Halloween-Streik in Skandinavien von 2003 sind neuere Beispiele für CMEs. Beide Beispiele veranschaulichen, wie koronale Massenauswürfe Stromsysteme ausschalten und Probleme mit lebenswichtigen Infrastrukturen verursachen können. Wir wissen nicht, wann der nächste große Sonnenstoß stattfinden wird, aber wenn ein massiver Ionenstrom ähnlich dem Carrington-Ereignis auftreten würde, könnten die Ergebnisse in der Tat sehr schlecht sein.

Eine Einschätzung von Lloyd's aus London zu den wahrscheinlichen Auswirkungen eines anderen Ereignisses im Carrington-Stil ergab, dass die potenziellen nachteiligen wirtschaftlichen Auswirkungen in der Größenordnung von (US-) Dollar liegen. In den Vereinigten Staaten hat der National Intelligence Council einen derart großen koronalen Massenauswurf als mögliches Ereignis des „schwarzen Schwans“ identifiziert, das dem menschlichen Leben und der globalen Infrastruktur enormen Schaden zufügen könnte.

Es ist, als würde man russisches Roulette mit einer zufälligen Auswahl an Steinen, Metallkugeln und Sonnenstürmen spielen

Sonneneruptionen werden durch magnetische Wiederverbindungen in der Sonne erzeugt, die zur Freisetzung von Strahlung mit der Kraft von tausend Atombomben führen. Dabei werden leistungsstarke Röntgen- und Gammastrahlen mit Lichtgeschwindigkeit in den Weltraum ausgestrahlt. Diese „Strahlenexplosion“ unterscheidet sich von einer CME (bei der Masse und Ionen anstelle von Strahlung freigesetzt werden), ist jedoch ein wichtiges Anliegen. Fackeln können Satelliten deaktivieren, das Krebsrisiko erhöhen und zu genetischen Mutationen führen. In Regionen des Planeten in der Nähe des Ozonlochs ist Hautkrebs um 40 Prozent höher als im Rest der Welt. Außerdem wurden vermehrt genetische Mutationen bei Fröschen und anderen Lebensformen beobachtet.

Da die Erdbevölkerung bis zum Ende des Jahrhunderts von 7,5 Milliarden auf 10 bis 12 Milliarden ansteigen wird und die für Sonnenstürme und Sonneneruptionen anfällige lebenswichtige Infrastruktur entsprechend zunimmt, wird die Kritik dieser solarbasierten Bedrohungen nur noch zunehmen. Die breite Öffentlichkeit hat lange Zeit kosmische Gefahren im Bereich der Schurkenasteroiden und Kometen klassifiziert. Sonnenstürme geben heute immer mehr Anlass zur Sorge.

Geomagnetosphäre verändern

Gefahren durch schwere Sonnenstürme sind nicht nur deshalb ein Problem, weil sich mehr Menschen und mehr elektronische Infrastruktur auf dem Boden und im Weltraum befinden, sondern auch, weil die Wirksamkeit unserer Schutzschilde - der Van-Allen-Gürtel sowie der Magnetosphäre und Atmosphäre der Erde - zunehmen oder abnehmen kann.

Wir wissen auch, dass sich die magnetischen Nord- und Südpole verschieben. Die Schwarmsatelliten der ESA und die neu gestartete Viersatelliten-Mission Magnetospheric Multiscale (MMS) der NASA liefern uns immer mehr Informationen darüber, wie sich das Magnetfeld der Erde verändert. Die Geomagnetosphäre ist beim Abwehren der aufgeladenen Ionen in einem CME um etwa 15 Prozent weniger wirksam als vor etwa 20 Jahren.

Das Infrarot-Teleskop B612 Foundation Sentinel, mit dem potenziell gefährliche Asteroiden lokalisiert werden können

Laut Yvon Menard, dem Schwarmmanager der ESA, ist ein wahrscheinlicher Grund, dass sich die Erdmagnetpole auf das Umdrehen vorbereiten. "Daten unserer experimentellen Satelliten am Himmel lassen vermuten, dass der magnetische Nordpol bereits nach Sibirien abgefallen ist", sagt er.

Es wird oft davon ausgegangen, dass es keine Verteidigung gegen einen wirklich gewalttätigen Sturm gibt. Es wurde jedoch vermutet, dass eine Art kosmische Schutztechnik möglich sein könnte. Ein einsetzbares Magnetsystem am L-1 Lagrangian-Punkt in Verbindung mit einem Sonnenenergiesatellitensystem könnte eine Art Abschirmung bieten, die auch Sonnenenergie 24 Stunden am Tag und 365 Tage im Jahr zur Erde zurücksendet.

Natürlich müssen wir die Physik der Sonnenstürme und die Art der Veränderungen der Geomagnetosphäre besser verstehen. Darüber hinaus könnten wir tatsächlich überlegen, ob wir dem Begriff „Himmelsmechanik“ eine neue Bedeutung geben könnten - und überlegen, ob wir eine Art magnetischen „Blinder“ entwerfen könnten, den wir auf die extremste Form von Sonnenstürmen anwenden könnten .

Asteroiden und Kometen

In den letzten Jahrzehnten haben Wissenschaftler immer mehr Beweise für die verschiedenen Arten von kosmischen Gefahren entdeckt, die im Weltraum lauern. Erst 2013 stürzte ein Meteorit über einer großen russischen Stadt ab, verletzte 1100 Menschen und beschädigte 4000 Gebäude. In den 1980er Jahren wurde ein 180 km breiter und 900 m tiefer Rundkrater entdeckt. Der perfekt geformte kreisförmige Krater erstreckt sich entlang der Küste des mexikanischen Yucatan-Plateaus bis weit in den Golf hinein.

In den 1990er Jahren konnte die Weltraumbildgebung bestätigen, dass dies tatsächlich der Überrest eines riesigen Asteroiden war, der in die Erde eingeschlagen war. Dieses Ereignis, das der Explosion von Zehntausenden von Atombomben entsprach und die Sonne mit einer anschließenden Staubwolke abschirmte, wurde als "nuklearer Winter" bezeichnet. Dieses Massensterben (bekannt als K-T) tötete nicht nur die Dinosaurier vor 66 Millionen Jahren, sondern löschte auch über 70 Prozent aller zu dieser Zeit lebenden Pflanzen- und Tierarten aus. Dies war das schlimmste der fünf Massensterben der Erde und die ultimative Bestätigung, dass es das Ergebnis einer riesigen Meteoriten-Kollision war, kam von Weltraumbeobachtungen.

Ein neuerer Weckruf über Weltraumgefahren, die mit schrecklicher Zerstörungskraft mit Überschallgeschwindigkeit auf Planeten krachen können, erschien 1994, nachdem Astronomen den Einschlag eines mehrteiligen Kometen auf den Jupiter beim Zusammenstoß mit dem größten Planeten des Sonnensystems beobachtet hatten. Dies alles geschah vor etwa 20 Jahren, als der Komet P / Shoemaker Levy 9 (D / 1993 F2) mit Jupiter kollidierte.

Der Komet wurde zum ersten Mal am 24. März 1993 von Carolyn und Eugene Shoemaker sowie David Levy am Palomar Observatory in Kalifornien beobachtet und war natürlich lange vor dem tatsächlichen Eintreten dieses katastrophalen Ereignisses vorhergesagt worden. Der Kometenkomplex enthielt 21 erkennbare Teile, von denen einige einen Durchmesser von bis zu 2 km hatten. Während eines Zeitraums von sechs Tagen vom 16. bis 22. Juli 1994 bombardierten Teile des Kometen den Jupiter mit einer Sprengkraft, die durch Teleskope leicht sichtbar war . Dies war die erste derartige Kollision zweier Körper des Sonnensystems, die jemals beobachtet und aufgezeichnet wurde - und die Auswirkungen auf Jupiter und seine Atmosphäre waren wirklich beängstigend.

Jedes Jahr erfahren wir mehr über die Gefahren von Asteroiden- und Kometenangriffen und jedes Jahr steigt die Bedrohung. Die Überwachung über GPS-Satelliten hat gezeigt, dass solche Streiks viermal häufiger sind als bisher angenommen. Wir wissen, dass Asteroiden mit einer Größe von nur 30 m (mit ausreichend hoher Geschwindigkeit) „Stadtkiller“ sind und dass es 500.000 bis eine Million erdnahe Objekte (NEOs) dieser Größe gibt, die größtenteils unbekannt sind. Die NASA hat vor, ein Projekt mit dem Namen NEOCAM zu starten, und die B612 Foundation (eine private gemeinnützige Stiftung mit Hauptsitz in den USA, die sich der planetaren Verteidigung gegen Asteroiden und andere NEOs widmet) baut ihre Sentinel-Raumsonde. Diese beiden Infrarot-Teleskopsatelliten könnten unsere Fähigkeit, die Bedrohung durch gefährliche Weltraumgesteine ​​zu erkennen, die potenziellen Schaden anrichten könnten, erheblich verbessern.

Die Wahrheit ist, dass die Menschen und unsere moderne Gesellschaft einem höheren Risiko ausgesetzt sind und die kosmischen Gefahren, denen wir ausgesetzt sind, zu schlimm sind, um sie zu ignorieren oder vorzutäuschen, dass sie nicht existieren. Die oben genannten Risiken gelten nicht nur für bestimmte Ländergruppen, sondern für alle Völker der Erde, und Versuche, diese Gefahren zu mindern und zu bewältigen, sind notwendigerweise globaler Natur, Umfang und Beteiligung.

Sonneneruptionen führen zur Freisetzung von Strahlung mit der Kraft von tausend Atombomben, wobei leistungsstarke Röntgen- und Gammastrahlen mit Lichtgeschwindigkeit in den Weltraum strömen

Die Maßnahmen der Vereinten Nationen (UN) zur Schaffung des Internationalen Asteroidenwarnnetzwerks (IAWN) und der Space Mission Planning Advisory Group (SMPAG) zur Bekämpfung potenziell gefährlicher Asteroiden sind ein konkreter Schritt, der bereits unternommen wurde. Weitere werden folgen.

Eine enge internationale Zusammenarbeit in Form von wissenschaftlichen Untersuchungen, Austausch relevanter Daten, Entwicklung geeigneter technologischer Instrumente, operativer Verfahren und Entscheidungsfindung ist für einen wirksamen Schutz vor kosmischen Risiken unerlässlich. Wir sollten uns der Tatsache bewusst sein, dass jede einseitige Aktion eines Staates, auch der reichsten und fortgeschrittensten, auf zahlreiche rechtliche, regulatorische, politische, wirtschaftliche und strategische Hindernisse stoßen kann.

Die ersten Schritte zur Klärung von Regulierungsprozessen in Bezug auf Asteroiden können zunächst im Rahmen der nationalen Gesetzgebung erfolgen. Die neue Gesetzgebung in den USA - bekannt als "Space Act of 2015" - konzentriert sich auf den Abbau von Asteroiden im All, anstatt gefährliche Weltraumgesteine ​​vom Aufprall auf die Erde abzulenken. Wenn die USA diese Art von Rechtsvorschriften erlassen, kann dies durchaus dazu führen, dass andere nationale Rechtsvorschriften folgen und die Weltraumaktivitäten wettbewerbsfähiger als kooperativ werden.

Der von der SMPAG eingerichtete Prozess führt derzeit zu Ländern mit den stärksten Weltraumprogrammen, um Abwehrmaßnahmen gegen potenziell gefährliche Asteroiden oder Kometen vorzuschlagen. Dies könnte jedoch vom Sicherheitsrat der Vereinten Nationen in Erwägung gezogen werden, einen spezifischeren internationalen Vertrag (oder eine andere Form des rechtlichen Regimes) zu erwägen, der von den am stärksten interessierten Staaten der Raumfahrt entwickelt, aber für alle offen ist. Es ist wichtig anzumerken, dass es andere Arten von kosmischen Gefahren gibt, die berücksichtigt werden müssen, und die UN-COPUOS-Arbeitsgruppe für die langfristige Nachhaltigkeit von Weltraumaktivitäten ist eine Organisation, die derzeit Themen wie Sonneneruptionen und CMEs in Betracht zieht.

Darüber hinaus schlagen wir die folgenden sieben Punkte vor, die aus der McGill Global Space Governance Study hervorgehen. Diese kurze Aktionsliste ist ein guter Hinweis darauf, was getan werden könnte, um kosmische Gefahren anzugehen. Es ist eindeutig mehr Wissenschaft und Forschung erforderlich - aber wir sind keine Straußen, die Gefahr laufen, wenn sie einfach aussteigen und den Kopf in den Sand stecken, um die drohende Bedrohung auszumerzen. Wir hoffen zumindest, dass wir schlauer als die Dinosaurier und proaktiver als kurzsichtige Strauße sind.

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