Van-Allen-Strahlungsgürtel könnten versteckte Atomwaffen im Erdorbit aufspüren

Wie ein riesiger unsichtbarer Donut umhüllen die Van-Allen-Strahlungsgürtel die Erde – und gehören zu ihren ungewöhnlichsten Eigenschaften.

Dabei handelt es sich um Ansammlungen hochenergetischer geladener Teilchen, die im Geflecht des Erdmagnetfelds gefangen sind. Viele von ihnen werden auf Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt.

Üblicherweise gelten diese schnellen Teilchen als Gefahr im All, auf die Satellitenentwickler und Missionen der bemannten Raumfahrt vorbereitet sein müssen.

Der MIT-Kernphysiker Areg Danagoulian hält sie jedoch für einen unerwarteten potenziellen Verbündeten: Sie könnten dabei helfen, im Erdorbit versteckte Atomwaffen aufzuspüren.

„Ich begann, die Fachliteratur über die Strahlungsumgebung im Weltraum zu untersuchen, und stieß auf die großen Populationen eingefangener Protonen, über die zahlreiche frühere Studien berichten“, sagte Danagoulian gegenüber ScienceAlert.

„Da wurde mir der Zusammenhang klar: Protonen und Spallation an Uran.“

Danagoulian erläutert das Konzept in einer in Nature veröffentlichten Arbeit.

Atomtests und der Weltraumvertrag

Der Aufschwung der Atomwaffentests in der Mitte des 20. Jahrhunderts war eine seltsame Phase: in vielerlei Hinsicht zutiefst zerstörerisch, zugleich aber auch äußerst aufschlussreich.

Atomtests in großer Höhe zeigten, wie verheerend eine nukleare Explosion im Weltraum sein kann. Sie beschädigten Satelliten und überfluteten den erdnahen Raum mit Strahlung.

1967 unterzeichneten die Weltmächte den Weltraumvertrag, in dem sie sich verpflichteten, keine Atomwaffen im Weltraum zu stationieren.

Das klingt zunächst beruhigend – gäbe es nicht ein kleines Problem.

Derzeit gibt es keine praktikable Methode, um zu überprüfen, ob sich alle daran halten. Ohne eine Möglichkeit zur Kontrolle der Einhaltung ähnelt selbst ein internationaler Vertrag letztlich einer Ehrenvereinbarung.

2024 fügten sich für Danagoulian mehrere Bausteine zusammen. Einer seiner Studierenden untersuchte einen Prozess namens Neutronenspallation, bei dem hochenergetische Teilchen Neutronen aus Atomkernen herausschlagen.

Gleichzeitig sprachen Kolleginnen und Kollegen über die Gefahr eines russischen Satelliten, der eine nukleare Vorrichtung transportiert.

In Danagoulians Überlegungen verschmolzen beide Aspekte zu einer einfachen Idee.

Van-Allen-Strahlungsgürtel als Detektor für Uran

Die Van-Allen-Gürtel bombardieren Satelliten ohnehin mit hochenergetischen Protonen. Warum sollte man diesen natürlichen Teilchenstrahl nicht einsetzen, um nach verborgenem Uran zu suchen?

„Wenn ein Satellit, der eine thermonukleare Waffe trägt, die inneren Van-Allen-Strahlungsgürtel um die Erde durchquert, schlagen die Protonen in diesem Gürtel viele Neutronen aus Urankernen heraus“, erklärte er.

„Mit einem ganz bestimmten Typ von Neutronendetektor lassen sich diese Neutronen nachweisen – sie wären ein verräterisches Zeichen für ungewöhnlich große Mengen Uran auf einem Satelliten.“

Danagoulians Arbeit ist eine Machbarkeitsstudie. Sie führt also kein funktionierendes System vor, sondern legt dar, dass die zugrunde liegende Physik stimmig ist und die benötigten Technologien bereits verfügbar sind.

„In diesem Projekt … beträgt die Geheimhaltung 100 Prozent.“ – Kernphysiker Areg Danagoulian

Neutronenspallation wird beispielsweise an Teilchenbeschleunigern routinemäßig genutzt, um Neutronenstrahlen zu erzeugen. Forschende verwenden diese, um die Struktur von Materialien zu untersuchen.

Im Weltraum bringt dies allerdings eine ganze Reihe zusätzlicher technischer Herausforderungen mit sich.

Hürden bei der Detektion im Orbit

Neutronen im Orbit tatsächlich zu erfassen, ist wesentlich schwieriger, als es klingt. Der Detektor müsste sie von einem Meer anderer Teilchen unterscheiden und feststellen können, ob sie vom Ziel-Satelliten stammen statt von der Erde darunter.

Zudem müsste er sich zur exakt richtigen Zeit in der präzise passenden Umlaufbahn befinden.

„Man muss all das richtig hinbekommen“, sagte Danagoulian. „Es ist eine Kombination aus Kernphysik, Weltraumwetter und Orbitalmechanik.“

Die Technik ist jedoch nur ein Teil der Herausforderung. Ein weiteres Problem besteht darin, Personen zu finden, die offen über dieses Thema sprechen.

„Ich war überrascht, wie geheimniskrämerisch das bestehende Establishment bei diesem Thema ist“, sagte Danagoulian.

„Die Arbeit meines Teams am MIT ist gemeinfrei. Trotzdem haben wir zu sensiblen Themen wie Rüstungskontrolle, Sprengkopfverifikation und Nichtverbreitung gearbeitet. Kolleginnen und Kollegen, die klassifizierte Forschung betreiben, konnten dennoch einige Informationen mit uns teilen.

„In diesem Projekt beträgt die Geheimhaltung jedoch 100 Prozent.“

Trotz dieser technischen Hürden ist Danagoulian zuversichtlich, dass das Konzept Realität werden kann. Sein Team arbeitet bereits daran, es weiterzuentwickeln, und er hofft, dass andere Wissenschaftlerinnen, Wissenschaftler und Ingenieurinnen und Ingenieure helfen werden, die Machbarkeitsstudie in ein praxistaugliches System zu überführen.

Letztlich hofft Danagoulian, dass Raumfahrtnationen Inspektionssatelliten einsetzen werden, die die Einhaltung des Weltraumvertrags überprüfen können – entweder durch gemeinsame Inspektionen oder unabhängige Überwachung.

„Der Aufbau eines vollständigen Systems wird teuer und aus technischer Sicht ziemlich komplex sein. Aber wir glauben, dass es machbar ist“, sagte er.

„Das mag unbescheiden klingen; aber ich glaube, dass dies (fast) genauso wichtig ist wie die Schaffung von Starlink, weil diese Verifikationsmethode notwendig ist, um Sicherheit im Weltraum zu erreichen.“

Die Studie wurde in Nature veröffentlicht.

Dieser Artikel wurde von Rachel Garner auf Fakten geprüft und von Peter Dockrill redigiert. Wir sind stolz auf unseren Prozess, aber auch nur Menschen. Falls Ihnen ein Fehler auffällt, teilen Sie ihn uns bitte mit.