Die Erde gegen kosmische Gefahren verteidigen

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, Sonneneinstrahlung und anderen kosmischen Ereignissen, die unsere tägliche Existenz bedrohen, glücklicherweise nicht bewusst. Die Global Space Governance-Studie befasst sich nun mit den technischen Herausforderungen und regulatorischen Maßnahmen für eine umfassende planetare Verteidigungsstrategie.

Sir Arthur Clarke zitierte gern seinen Science-Fiction-Kollegen Larry Niven und zitierte oft Nivens berühmte Zeilen: „Die Dinosaurier sind ausgestorben, weil sie kein Weltraumprogramm hatten. Und wenn wir aussterben, weil wir kein Raumfahrtprogramm haben, wird es uns richtig dienen! ' Diese scheinbar skurrile Beobachtung über das Ende der Dinosaurier und den Aufstieg der Säugetiere ist tatsächlich eine ziemlich tiefgreifende Aussage über den menschlichen Zustand. Nivens sardonisches Zitat geht direkt zum Kern des Problems. Haben wir den Willen und die Intelligenz, um zu überleben, und ist die Weltraumforschung auf ein Niveau gestiegen, das ausreicht, um signifikante kosmische Gefahren zu identifizieren, die das Überleben der Menschheit gefährden könnten, und dann proaktiv zu reagieren?

Dies ist eines der Hauptthemen des Projekts des McGill University Institute of Air and Space Law - die Global Space Governance Study, eine interdisziplinäre Studie, die von der Resolution von Montreal vom Mai 2013 geleitet und 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 kannten solche kosmischen Gefahren weitgehend nicht, bis das Weltraumzeitalter in den 1950er Jahren begann. Zum ersten Mal konnten wir Raumsonden mit Sensoren entwerfen, mit denen wir die Eigenschaften der Geomagnetosphäre untersuchen, die Van-Allen-Gürtel entdecken und die Zusammensetzung unserer oberen Atmosphäre bestimmen konnten, von denen jede zum Schutz des Lebens auf der Erde beiträgt.

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

In gewisser Weise ist es so, als würde man russisches Roulette mit zufälligen 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 "Stadtkiller" -Asteroiden über den Verlust moderner Infrastruktur auf der ganzen Welt 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.

In der Global Space Governance-Studie der McGill University sind die drei wichtigsten kosmischen Gefahren aufgeführt, 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 die Massenvernichtung regnen können.

Es gibt andere Gefahren aus dem Weltraum, einschließlich des vom Menschen verursachten Problems der Trümmer in der Umlaufbahn. Selbst der Klimawandel - ein komplexes Thema, das das Zusammenspiel von menschlicher Industrie und Sonnenstrahlung auf die Erdatmosphäre betrifft - ist eine Form der solaren Bedrohung, auf die hier jedoch nicht eingegangen wird.

Ein langes Filament brach am 31. August 2012 auf der Sonne aus und wurde vom Solar Dynamics Observatory (SDO) der NASA abgebildet.

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

Sonneneruptionen und Stürme

Die Sonne ist unsere Hauptstrahlungsquelle. Es überschüttet das Sonnensystem und die Erde mit Energie - insbesondere in den ultravioletten Frequenzen und einem konstanten Strom von Röntgen- und Gammastrahlen. Milliarden von Sternen tun dasselbe im gesamten Universum, und das derzeitige Verständnis der Sonne, der Sonneneruptionen und der Auswürfe koronaler Massen 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 Sonnenminimum zum Sonnenmaximum bewegt. Der letzte Höhepunkt des Zyklus wurde in der Herbstsaison 2013 erreicht. Die Energiemenge, die jeden Tag die Erde erreicht, etwa 149 Millionen km von der Sonnenoberfläche entfernt, ist das 10.000-fache der Gesamtmenge, die die gesamte Menschheit tatsächlich erreicht "verbraucht".

Der Meteorkrater mit 180 km Durchmesser auf dem Yucat

Im Jahr 1859 traf ein gigantischer koronaler Massenauswurf mit Milliarden Tonnen Ionen, die sich mit Millionen von Kilometern pro Stunde bewegten, die Erde im sogenannten "Carrington-Ereignis". Telegraphenbüros wurden in Brand gesetzt und das Nordlicht wurde bis nach Kuba und Hawaii gesehen. Wäre dieses Ereignis heute eingetreten, hätten wir weltweit Stromnetze verloren, wichtige Telekommunikations- und Weltraumnavigationssatelliten wären ausgefallen und Öl-, Gas- und Wasserleitungen wären betroffen gewesen. Das Eissturmereignis von Montreal im Jahr 1998 und der Halloween-Streik in Skandinavien im Jahr 2003 sind neuere Beispiele für CMEs. Beide veranschaulichen, wie koronale Massenauswürfe Stromversorgungssysteme ausschalten und Probleme mit lebenswichtigen Infrastrukturen verursachen können. Wir wissen nicht, wann der nächste große Sonnenschlag stattfinden wird, aber wenn ein massiver Ionenstrom ähnlich dem Carrington-Ereignis auftreten würde, könnten die Ergebnisse tatsächlich sehr schlecht sein.

Eine Einschätzung von Lloyd's of London zu den wahrscheinlichen Auswirkungen eines anderen Ereignisses im Carrington-Stil schätzte die potenziellen nachteiligen wirtschaftlichen Auswirkungen auf Billionen (US) Dollar. In den Vereinigten Staaten hat der National Intelligence Council einen so großen koronalen Massenauswurf als ein 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 zufälligen 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 und leistungsstarke Röntgen- und Gammastrahlen mit Lichtgeschwindigkeit in den Weltraum senden. Diese "Strahlungsexplosion" unterscheidet sich von einem CME (bei dem eher Masse und Ionen als Strahlung freigesetzt werden), ist jedoch ein Hauptanliegen. 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. Es wurden auch erhöhte genetische Mutationen bei Fröschen und anderen Lebensformen beobachtet.

Da die Bevölkerung der Erde bis zum Ende des Jahrhunderts von 7,5 Milliarden auf 10 bis 12 Milliarden ansteigen wird und die lebenswichtige Infrastruktur, die für Sonnenstürme und Sonneneruptionen anfällig ist, entsprechend zunimmt, wird die Kritikalität dieser solarbasierten Bedrohungen nur noch zunehmen. Die breite Öffentlichkeit hat lange Zeit kosmische Gefahren im Bereich der Schurken-Asteroiden und Kometen klassifiziert. Sonnenstürme sind heute ein immer größeres Problem.

Geomagnetosphäre verändern

Gefahren durch schwere Sonnenstürme sind nicht nur deshalb besorgniserregend, weil sich mehr Menschen und mehr elektronische Infrastruktur am Boden und im Weltraum befinden, sondern auch, weil die Wirksamkeit unserer Schutzschilde - der Van-Allen-Gürtel sowie der Erdmagnetosphäre und -atmosphäre - zunehmen oder abnehmen kann.

Wir wissen auch, dass sich die magnetischen Nord- und Südpole verschieben. Die Schwarmsatelliten der ESA und die neu gestartete MMS-Mission (Magnetospheric Multiscale) der NASA mit vier Satelliten liefern uns immer mehr Informationen darüber, wie sich das Erdmagnetfeld verändert. Die Geomagnetosphäre ist etwa 15 Prozent weniger wirksam bei der Abwehr der aufgeladenen Ionen in einem CME 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 Magnetpole der Erde auf das Umdrehen vorbereiten. "Daten unserer experimentellen Satelliten am Himmel deuten darauf hin, dass der magnetische Nordpol bereits nach Sibirien abgefallen ist", sagt er.

Es wird oft angenommen, dass es keine Verteidigung gegen einen wirklich heftigen Sturm gibt. Es wurde jedoch vermutet, dass eine Art kosmische Schutztechnik möglich sein könnte. Ein einsetzbares Magnetsystem am Lagrange-Punkt L-1 in Verbindung mit einem Solarsatellitensystem könnte möglicherweise eine Art Abschirmung bereitstellen, 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 ob wir eine Art magnetischen "Blinder" entwerfen könnten, den wir für 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. Noch 2013 stürzte ein Meteorit über eine große russische Stadt, verletzte 1100 Menschen und beschädigte 4000 Gebäude. In den 1980er Jahren wurde ein riesiger kreisförmiger Krater mit einem Durchmesser von 180 km und einer Tiefe von 900 m entdeckt. Der perfekt geformte kreisförmige Krater erstreckt sich entlang der Küste des mexikanischen Yucatan-Plateaus und erstreckt sich 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 Staubwolke blockierte, wurde als "nuklearer Winter" bezeichnet. Dieses Massensterben (bekannt als KT) tötete nicht nur die Dinosaurier vor etwa 66 Millionen Jahren, sondern löschte auch über 70 Prozent aller damals lebenden Pflanzen- und Tierarten aus. Dies war das schlimmste der fünf Massensterben der Erde, und die endgültige Bestätigung, dass es das Ergebnis einer riesigen Meteorkollision war, ergab sich aus Weltraumbeobachtungen.

Ein neuerer Weckruf über Weltraumgefahren, die mit Überschallgeschwindigkeit mit entsetzlicher zerstörerischer Kraft auf Planeten abstürzen können, kam 1994, nachdem Astronomen den Aufprall eines mehrteiligen Kometen auf den Jupiter gesehen hatten, als dieser auf den größten Planeten des Sonnensystems stürzte. Dies alles geschah vor etwa 20 Jahren, als der Komet P / Shoemaker Levy 9 (D / 1993 F2) mit Jupiter kollidierte.

Der Komet wurde erstmals 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 Auftreten dieses katastrophalen Ereignisses vorhergesagt worden. Es gab 21 erkennbare Teile des Kometenkomplexes - einige hatten einen Durchmesser von bis zu 2 km und während eines Zeitraums von sechs Tagen zwischen dem 16. und 22. Juli 1994 bombardierten Teile des Kometen Jupiter mit explosiver Kraft, die durch Teleskope leicht zu sehen 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 in der Größenordnung von 500.000 bis einer Million erdnahe Objekte (NEOs) dieser Größe gibt und dass sie weitgehend unbekannt sind. Die NASA beabsichtigt, ein Projekt namens 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 ihr Sentinel-Raumschiff. Beide Infrarot-Teleskopsatelliten könnten unsere Fähigkeit, die Gefahr gefährlicher Weltraumfelsen zu erkennen, die potenziellen Schaden anrichten könnten, erheblich verbessern.

Die Wahrheit ist, dass Menschen und unsere moderne Gesellschaft stärker gefährdet sind und die kosmischen Gefahren, denen wir ausgesetzt sind, zu schlimm sind, um sie zu ignorieren oder so zu tun, als ob sie nicht existieren. Die oben beschriebenen Risiken sind nicht spezifisch für eine Gruppe von Ländern, sondern für alle Nationen der Erde. 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, die leistungsstarke Röntgen- und Gammastrahlen mit Lichtgeschwindigkeit in den Weltraum senden

Die Maßnahmen der Vereinten Nationen (UN) zur Schaffung des International Asteroid Warning Network (IAWN) und der Space Mission Planning Advisory Group (SMPAG) zur Bekämpfung potenziell gefährlicher Asteroiden sind ein spezifischer Schritt, der bereits unternommen wurde, und andere werden eindeutig folgen.

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

Die ersten Schritte zur Regelung von Regulierungsprozessen in Bezug auf Asteroiden können zunächst im Sinne der nationalen Gesetzgebung geregelt werden. Die neue Gesetzgebung in den USA - bekannt als "Space Act of 2015" - konzentriert sich auf den Weltraumabbau von Asteroiden, anstatt gefährliche Weltraumgesteine ​​vom Auftreffen auf die Erde abzulenken. Wenn die USA diese Art von Gesetzgebung erlassen, könnten andere nationale Gesetze folgen, und dies könnte dazu führen, dass Weltraumaktivitäten wettbewerbsfähiger als kooperativ werden.

Der von der SMPAG eingerichtete Prozess führt derzeit dazu, dass Länder mit den stärksten Weltraumprogrammen Verteidigungsmaßnahmen gegen potenziell gefährliche Asteroiden oder Kometen vorschlagen. Dem könnte jedoch der Sicherheitsrat der Vereinten Nationen folgen, der einen spezifischeren internationalen Vertrag (oder eine andere Form des Rechtssystems) erwägt, der von den am meisten interessierten Raumfahrtstaaten entwickelt, aber allen zugänglich gemacht wird. Es ist wichtig anzumerken, dass andere Arten von kosmischen Gefahren zu berücksichtigen sind, und die COPUOS-Arbeitsgruppe der Vereinten Nationen für die langfristige Nachhaltigkeit von Weltraumaktivitäten ist eine Einheit, die derzeit Themen wie Sonneneruptionen und CMEs in Betracht zieht.

Darüber hinaus schlagen wir die folgenden sieben Punkte vor, die sich aus der McGill Global Space Governance-Studie ergeben. 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 Strauße, die einer Gefahr ausgesetzt sind, indem wir uns einfach abmelden und unsere Köpfe in den Sand legen, um die drohende Bedrohung auszublenden. Wir hoffen zumindest, dass wir schlauer als die Dinosaurier und proaktiver als kurzsichtige Strauße sind.

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