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.

 

SODA Starlink

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.

Durch die Kooperation zwischen der Universität Graz und der Technischen Universität Graz konnte kürzlich das Vorhersage Tool SODA (Satellite Orbit DecAy) entwickelt und vorgestellt werden. Damit ist es möglich eine Prädiktion des zu erwartenden Höhenverlustes für Satelliten (Normhöhe: 490 km), mit einer Vorlaufzeit von 20 Stunden, zu machen.

Aktuelle Daten (ESA SWE Service Network)

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