Warum sind Astronauten schwerelos?

Der Schein trügt: Warum Astronauten schwerelos sind – ein Fall von freiem Fall

Die Internationale Raumstation (ISS) umkreist die Erde mit einer Geschwindigkeit von etwa 28.000 Kilometern pro Stunde. Dieses Bild – eine gewaltige Raumstation, die mit rasender Geschwindigkeit durchs All rast – suggeriert alles andere als Schwerelosigkeit. Doch genau diese Geschwindigkeit, genauer gesagt die daraus resultierende permanente Fallbewegung, ist der Schlüssel zum Verständnis des Phänomens der Schwerelosigkeit an Bord.

Es ist ein weitverbreiteter Irrglaube, dass Astronauten schwerelos sind, weil sie sich außerhalb des Einflussbereichs der Erdanziehungskraft befinden. Das ist falsch. Die Erdanziehungskraft reicht weit über die Erdatmosphäre hinaus. Auf der ISS beträgt sie immer noch etwa 90% der Erdanziehungskraft auf Meereshöhe. Die Astronauten schweben also nicht, weil die Gravitation fehlt, sondern weil sie in einem Zustand des freien Falls sind.

Stellen Sie sich vor, Sie befinden sich in einem Aufzug, der abrupt den freien Fall antritt. Für den kurzen Moment, bevor der Aufzug unten aufschlägt, würden Sie sich schwerelos fühlen. Sie wären nicht ohne Gewicht, sondern würden mit dem Aufzug gleich schnell nach unten fallen. Die gleiche Situation herrscht auf der ISS. Sie fällt permanent um die Erde, wird aber durch ihre immense Tangentialgeschwindigkeit – die Geschwindigkeit parallel zur Erdoberfläche – daran gehindert, auf die Erde zu stürzen.

Diese Tangentialgeschwindigkeit erzeugt eine Zentrifugalkraft, die der Erdanziehungskraft entgegenwirkt. Die Zentrifugalkraft ist keine reale Kraft im physikalischen Sinne, sondern eine Trägheitskraft, die man in einem rotierenden Bezugssystem wahrnimmt. Sie ist das, was uns an den Fahrbahnrand drückt, wenn wir eine Kurve fahren. Im Fall der ISS sorgt die Zentrifugalkraft dafür, dass die Station nicht auf die Erde fällt, sondern diese in einer stabilen Umlaufbahn umkreist.

Das Gleichgewicht zwischen Erdanziehungskraft und Zentrifugalkraft ist jedoch nicht perfekt. Leichte Abweichungen führen zu Bahnschwingungen, die durch Triebwerke der ISS korrigiert werden müssen. Die Schwerelosigkeit ist also ein dynamischer Zustand, der durch die konstante Balance zwischen zwei Kräften aufrechterhalten wird – ein permanent laufender, perfekt abgestimmter freier Fall.

Zusammenfassend lässt sich sagen: Astronauten erleben Schwerelosigkeit nicht, weil die Erdanziehungskraft fehlt, sondern weil sie sich in einem permanenten, durch die Bahngeschwindigkeit erzeugten freien Fall befinden. Dieser Zustand, ein Schein der Schwerelosigkeit, ist das Ergebnis eines faszinierenden Zusammenspiels von Gravitation und Trägheit, welches die Bedingungen für die wissenschaftliche Arbeit und das Leben im Orbit ermöglicht.

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