Eine unsichtbare „Wolke“ am Rande des Weltraums gibt Wissenschaftlern Rätsel auf und könnte Funksignale stören

Etwa 100 Kilometer über der Erdoberfläche, in der Ionosphäre, können Strukturen entstehen, die für das menschliche Auge unsichtbar sind, aber den Funkverkehr stören können. Diese werden als sporadische E-Schichten bezeichnet und bestehen zum Teil aus Metallen, die von Meteoren stammen, die beim Eintritt in die Atmosphäre zerfallen.

Bei dem Experiment mit dem Namen „Sporadic E Electrodynamics Demonstration“ (SpEED Demon) kam eine suborbitale Rakete zum Einsatz, die am 24. August 2022 vom Wallops Launch Complex der NASA in Virginia gestartet wurde. Die Ergebnisse wurden im „Journal of Geophysical Research: Space Physics“ von einem Team unter der Leitung von Forschern der Embry-Riddle Aeronautical University veröffentlicht.

Trümmer von Meteoren, die zu „Spiegeln“ für Radiowellen werden

Sporadische E-Schichten bilden sich in einem Bereich der Atmosphäre, in dem Gase zu ionisieren beginnen und zu Plasma werden. Wenn Meteore verglühen, hinterlassen sie geringe Mengen an Eisen, Magnesium und anderen Metallen, die sich unter bestimmten Bedingungen anreichern und dichte Schichten bilden können.

Diese Strukturen wirken wie riesige „Spiegel“ für Radiowellen. Signale können unerwartet zur Oberfläche zurückreflektiert werden, wodurch weit entfernte Signale so wirken, als kämen sie aus nächster Nähe, oder Radarsysteme Ziele erfassen, die in Wirklichkeit gar nicht existieren.

Dieses Phänomen kann auch zu Unsicherheiten bei Ortungssystemen wie GPS führen, da die Eigenschaften des in der Ionosphäre vorhandenen Plasmas die Ausbreitung der Signale beeinflussen.

Fünf Beobachtungspunkte brachten eine unerwartete Struktur zum Vorschein

Bislang war es für Wissenschaftler schwierig, diese Schichten zu untersuchen, da sie für Wetterballons zu hoch und für Satelliten zu tief liegen. Sondierungsraketen konnten diese Schichten zwar durchqueren, jedoch nur entlang einer einzigen Flugbahn Messungen vornehmen.

SpEED Demon verfügte über eine entscheidende Innovation: Sobald sich die Rakete in der Schicht befand, setzte sie vier kleine Sonden frei, die sich vom Hauptkörper entfernten. Jede Sonde führte entlang ihrer eigenen Flugbahn Messungen durch. Zusammen mit den Instrumenten der Rakete erhielten die Forscher gleichzeitige Daten von fünf verschiedenen Punkten.

Die Ergebnisse zeigten, dass die Schicht keine gleichmäßige, flache Struktur war, wie eine Art „Pfannkuchen“ aus Metallpartikeln. Im Gegenteil, sie wies Unregelmäßigkeiten und Wellenbildungen auf, die mit turbulenten atmosphärischen Bewegungen in Zusammenhang standen.

Während des Sinkflugs wurden sogar zwei deutliche Spitzenwerte in der Plasmakonzentration beobachtet. Die Forscher vermuten, dass dieses Muster mit Kelvin-Helmholtz-Instabilitäten zusammenhängen könnte, einem Phänomen, bei dem Wellen entstehen, wenn sich verschiedene Luftschichten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen.

Sie stellen jedoch klar, dass diese Erklärung noch nicht als bestätigt angesehen werden kann, da lokale Winde und elektrische Felder während des Fluges nicht direkt gemessen werden konnten.

Ein neues Instrument zum Verständnis der Ionosphäre

Die Mission war ursprünglich dazu gedacht, zu prüfen, ob es möglich ist, Sonden innerhalb einer sporadischen E-Schicht einzusetzen. Das positive Ergebnis ebnete den Weg für neue Experimente.

Das Team wandte anschließend bei den Sonnenfinsternissen der Jahre 2023 und 2024 eine ähnliche Strategie an, um die durch den plötzlichen Rückgang der Sonnenstrahlung verursachten Veränderungen in der oberen Atmosphäre zu untersuchen. Im Juni 2025 startete es zudem von den Marshallinseln aus eine Folgemission, SEED, um diese Strukturen in niedrigeren Breitengraden zu analysieren.

Wissenschaftler wissen bereits, dass sporadische E-Schichten eine gewisse Saisonalität aufweisen und während des lokalen Sommers häufiger auftreten. Mit den neuen Mehrpunktmessungen hoffen sie, der Beantwortung einer Frage, die seit Jahrzehnten offen ist, einen Schritt näher zu kommen: Wie und warum sich diese gigantischen, mysteriösen Strukturen am Rande des Weltraums bilden – Strukturen, die Radiowellen verändern können.