Wussten Sie, dass Astronauten auf der Internationalen Raumstation (ISS) etwa 90 % der Gravitationsbeschleunigung erfahren, die wir auf der Erdoberfläche spüren? Das mag seltsam erscheinen, vor allem, weil die Astronauten, wenn wir sie sehen, immer herumschweben. Das verleitet zu der Annahme, dass es im Weltraum keine Schwerkraft gibt, aber das ist weit von der Wahrheit entfernt. Warum schweben sie also1?
Auf der Erde werden wir mit einer Geschwindigkeit von 9,81 Metern pro Sekunde zum Quadrat nach unten gezogen, d. h. wenn wir nicht gegen den Boden gedrückt würden, würde unsere Geschwindigkeit jede Sekunde um 9,81 Meter pro Sekunde zunehmen! Dies wird als freier Fall bezeichnet. Das kann man in der Anfangsphase eines Fallschirmsprungs, bei Turbulenzen in einem Flugzeug oder beim Abwärtsfahren eines Steilstücks in einer Achterbahn erleben. Es wird oft von einem seltsamen, mulmigen Gefühl im Magen begleitet.
Wenn man eine Wasserflasche nimmt und einige Löcher in sie bohrt, kann man sehen, warum die Astronauten schwerelos sind. Sowohl die Flasche als auch das Wasser sind der Schwerkraft der Erde unterworfen. Wenn die Flasche ruhig gehalten wird, fällt das Wasser durch die Löcher heraus, weil die Schwerkraft es nach unten zieht. Wenn die Flasche dann losgelassen wird, werden beide mit der gleichen Geschwindigkeit nach unten gezogen. Da es keinen Unterschied in der Beschleunigung gibt, schwimmt das Wasser fröhlich in der Flasche und läuft nicht aus den Löchern heraus.
Das ist genau das, was mit den Astronauten geschieht. Wenn sich etwas in einer Umlaufbahn um die Erde befindet, wird es durch die Schwerkraft nach unten gezogen. Bei der ISS sind das etwa 9 Meter pro Sekunde im Quadrat! Würde sich die ISS nicht über der Erde bewegen, würde sie in weniger als einer Stunde auf die Erdoberfläche fallen. Der Astronaut Scott Kelly war jedoch nur ein Jahr lang an Bord und stürzte nicht in sein feuriges Verderben. Das liegt daran, dass die ISS nicht stillsteht. Nicht einmal ein bisschen.
Die ISS bewegt sich mit etwa 17.000 Meilen pro Stunde, das ist mehr als das Zehnfache der Geschwindigkeit einer Kugel. Das ist auch nötig, denn wenn die Schwerkraft die ISS auf die Oberfläche zieht, hat sich die Raumstation so weit bewegt, dass sie die Oberfläche verfehlt. Dieses Gleichgewicht ist sehr prekär. Würde die ISS schneller fliegen, würde sie sich jedes Mal weiter von der Erde entfernen und in den Weltraum entkommen. Würde sie sich langsamer bewegen, käme sie der Erde immer näher, was wir nicht wollen2.
Wie trainieren die Astronauten, um sich daran zu gewöhnen? Kehren wir noch einmal zu der Wasserflaschen-Demonstration zurück. Überlegen Sie einmal: Was würde passieren, wenn wir die Wasserflasche nicht einfach fallen lassen, sondern in die Luft werfen würden? Schauen wir es uns an!
Während man denken könnte, dass das Wasser auf dem Weg nach oben herauskommt und auf dem Weg nach unten drin bleibt, stellt sich stattdessen heraus, dass das Wasser in der Flasche bleibt, sobald sie nicht mehr in der Hand ist. Das bedeutet, dass sich die Flasche auch während des Aufstiegs im freien Fall befindet, was seltsam anmutet, aber sowohl das Wasser als auch die Flasche sind zur gleichen Zeit der gleichen Schwerkraft ohne andere äußere Kräfte ausgesetzt. Um die Astronauten zu trainieren, machen sie das Gleiche, aber mit einem Flugzeug
. Dieses Flugzeug, das schlauerweise den unangenehmen Namen „Kotzkomet“ trägt, fliegt hoch und rollt dann durch die Luft, so dass es eine ähnliche Flugbahn wie die Flasche hat. Dann, bevor es auf dem Boden aufschlägt, ziehen die Piloten hoch und fliegen ein Stück in die Luft, bevor sie den Vorgang wiederholen. Wie Sie sich vorstellen können, ist das genug, um jedem ein wenig mulmig zu werden3.
1Bild: Satoshi Furukawa schwebt an Bord der ISS. Bildnachweis: NASA
2Das ist ein echtes Problem. Die ISS wird durch die äußeren Bereiche der Erdatmosphäre leicht verlangsamt. Daher werden etwa einmal im Monat Triebwerke eingesetzt, um die Geschwindigkeit wieder zu erhöhen!
3Bild: Flugbahn des Vomit-Kometen. Mit freundlicher Genehmigung der NASA
Aufgeschrieben von: Scott Alton