Weltraum · Themenbeitrag
Astronautinnen und Astronauten schweben nicht deshalb, weil im Erdorbit keine Schwerkraft herrscht. Sie befinden sich zusammen mit ihrer Raumstation im freien Fall. Ihre hohe seitliche Geschwindigkeit sorgt dafür, dass sie die Erde fortwährend verfehlen. Dieses Prinzip erklärt auch, warum Schwerelosigkeit in Falltürmen und Forschungsraketen zeitweise möglich ist.
Gravitation ist auch im Orbit vorhanden
In der typischen Höhe einer erdnahen Raumstation wirkt noch ein großer Teil der Schwerkraft, die wir an der Erdoberfläche kennen. Dass Menschen dort schweben, kann daher nicht an einer verschwundenen Erdanziehung liegen. Entscheidend ist die fehlende dauerhafte Stützkraft. Auf dem Boden verhindert der Untergrund unseren freien Fall und drückt gegen unsere Füße. Dieses Gegendrücken nehmen wir als Gewicht wahr. In einer Raumstation fallen dagegen Besatzung, Wände und lose Gegenstände gemeinsam. Deshalb gibt es keinen Boden, der die Menschen ständig tragen muss. Ihre Masse bleibt unverändert: Ein schweres Gerät lässt sich auch schwebend nicht beliebig leicht beschleunigen oder abbremsen. Schwerelosigkeit bedeutet somit nicht Masselosigkeit, sondern beschreibt zunächst eine bestimmte mechanische Situation im Bezugssystem des fallenden Labors.
Eine Umlaufbahn ist ein dauerndes Vorbeifallen
Würde man einen Gegenstand ohne seitliche Geschwindigkeit loslassen, fiele er zur Erde. Gibt man ihm genügend horizontale Geschwindigkeit, krümmt sich seine Fallbahn so, dass die Erdoberfläche gewissermaßen unter ihm wegkippt. Er befindet sich dann auf einer Umlaufbahn. Die Gravitation liefert fortlaufend die Beschleunigung, welche seine Bewegungsrichtung ändert. Ein Satellit braucht deshalb nicht ständig ein Triebwerk, um grundsätzlich oben zu bleiben. In niedrigen Bahnen bremst allerdings die dünne Restatmosphäre, weshalb gelegentliche Bahnanhebungen notwendig sein können. Auch die Schwerelosigkeit ist nicht vollkommen: Luftwiderstand, Vibrationen, Drehbewegungen und kleine Unterschiede im Schwerefeld erzeugen Restbeschleunigungen. Für wissenschaftliche Experimente spricht man daher häufig genauer von Mikrogravitation. Der Ausdruck beschreibt die tatsächlichen Bedingungen besser als die Vorstellung eines absolut kräftefreien Raums.
Was Forschung ohne stützenden Boden sichtbar macht
Schwerelosigkeit lässt sich auch für begrenzte Zeit herstellen. Falltürme nutzen Sekunden freien Falls, Parabelflüge entsprechende Abschnitte einer Flugbahn, Höhenforschungsraketen mehrere Minuten ihres ballistischen Flugs. Das DLR-Programm MAPHEUS verwendet solche Raketen unter anderem für materialwissenschaftliche Experimente. Ohne die übliche Wirkung von Auftrieb und Sedimentation können Forschende beispielsweise untersuchen, wie sich Bestandteile mischen oder wie Materialien erstarren. Daraus folgt nicht, dass sämtliche störenden Einflüsse verschwinden. Temperaturen, elektromagnetische Kräfte und Oberflächenspannung bleiben wirksam und können sogar stärker hervortreten. Gerade deshalb sind Vergleichsmessungen mit Bodenexperimenten wichtig. Der Nutzen besteht darin, einen dominanten Einfluss gezielt zu reduzieren und andere Prozesse klarer zu erkennen. Raumfahrt wird hier zum Laborverfahren, nicht bloß zum Transport an einen ungewöhnlichen Ort hoch über der Erde.
Quellen & weiterführende Informationen
- Einstein Online: Schwerelosigkeiteinstein-online.info
- DLR: MAPHEUSdlr.de
Mit KI-Unterstützung aus den genannten Quellen in eigenen Worten erstellt. Forschungsergebnisse, technische Prototypen und gesicherte Erkenntnisse werden im Text unterschieden. Dieser Themenbeitrag ist keine tagesaktuelle Meldung.