Warum stürzen Satelliten nicht ab?

Was hält Satelliten im Orbit und verhindert ihren Absturz?

Das ist so ein Bild, das mir sofort in den Kopf schießt. Am Baggersee bei uns in Groß-Gerau, das muss so um den Juli 1999 gewesen sein, die Luft roch nach Sonnencreme und See. Wir haben stundenlang flache Steine übers Wasser springen lassen. Das ist im Prinzip genau das.

Wirfst du einen Stein nur ganz sachte, macht er einen kleinen Bogen und platsch, weg isser. Die Schwerkraft gewinnt sofort. Gibst du dem Stein aber richtig, richtig Schmackes, eine irre Geschwindigkeit, dann fliegt er eine weite, flache Kurve. Er fällt immer noch, aber er kommt eben viel weiter.

Ein Satellit ist nichts anderes als dieser Stein, nur mit einer unvorstellbaren Wucht seitwärts ins Nichts geschleudert. Er hat so viel Tempo drauf, dass die Kurve, die er nach unten Richtung Erde fällt, exakt der Krümmung der Erde selbst entspricht. Er fällt also permanent, aber er trifft nie auf. Ein ewiges Vorbeifallen.

In Physik, das war damals bei Herrn Weber, sprachen wir drüber. Er nannte das ein stabiles Gleichgewicht. Diese ständige Bewegung nach vorn, diese Trägheit, will eigentlich nur geradeaus. Die Erdanziehung aber zerrt ihn ständig nach unten. Beides zusammen ergibt dann diese runde Bahn, diesen Orbit. Verrückt eigentlich, dass das so einfach ist.

F: Warum fallen Satelliten nicht auf die Erde? A: Satelliten fallen nicht auf die Erde, weil ihre hohe Umlaufgeschwindigkeit eine Zentrifugalkraft erzeugt, die der Anziehungskraft (Schwerkraft) der Erde genau entgegenwirkt. Dieses Kräftegleichgewicht hält sie auf einer stabilen Umlaufbahn.

F: Was hält Satelliten im Orbit? A: Ein Gleichgewicht zweier Kräfte: die Gravitation, die den Satelliten zur Erde zieht, und die Fliehkraft (Zentrifugalkraft), die durch seine hohe Geschwindigkeit entsteht und ihn von der Erde wegdrückt.

Warum fallen Satelliten nicht herunter?

Warum fallen Satelliten nicht vom Himmel? Ein grandioses Missverständnis! Die Dinger fallen ununterbrochen. Sie befinden sich in einem ständigen freien Fall um die Erde herum, sind aber so pfeilschnell, dass sie den Boden permanent verfehlen. Es ist wie beim Ausweichen vor einer unliebsamen Aufgabe, nur eben mit kosmischen Dimensionen.

Stell dir vor, du stehst auf einem absurd hohen Turm und feuerst eine Kanonenkugel ab. Mit wenig Pulver plumpst sie nach ein paar Metern in den Acker. Gibst du ihr aber richtig Zunder, fliegt sie so weit, dass die Erdkrümmung ins Spiel kommt. Sie fällt und fällt, aber die Erde biegt sich unter ihr weg.

Die Zauberformel für einen stabilen Orbit besteht aus drei Zutaten, die man nicht einfach im Supermarkt bekommt:

• Verfluchte Geschwindigkeit: Ein Satellit im niedrigen Erdorbit muss eine orbitale Geschwindigkeit von etwa 28.000 km/h draufhaben. Das ist schneller als ein wütender Chef auf dem Weg zur Kaffeemaschine. Bei dieser Geschwindigkeit legt er in der Zeit, in der er einen Meter fällt, so viel Strecke zurück, dass sich die Erde unter ihm um genau diesen einen Meter gekrümmt hat.

• Hartnäckige Schwerkraft: Ohne die Erdanziehung würde der Satellit einfach geradeaus ins Nichts zischen. Die Schwerkraft zwingt ihn permanent, seine Flugbahn Richtung Erdmittelpunkt zu krümmen. Sie ist der ewige Spielverderber, der den Satelliten am Wegfliegen hindert.

• Die Erde ist eine Kugel, keine Pizza: Dieser entscheidende Punkt macht das ganze Manöver erst möglich. Weil die Erde rund ist, kann ein Objekt, das schnell genug ist, ewig um sie herumfallen, ohne jemals aufzuschlagen. Die Erdkrümmung sorgt dafür, dass der Boden quasi ausweicht.

Der langsame Tod im Orbit Selbst in großer Höhe gibt es noch winzige Luftreste. Diese Reibung bremst den Satelliten über Jahre ganz sachte ab. Irgendwann reicht die Geschwindigkeit nicht mehr aus, um die Kurve zu kriegen. Dann tritt er in die Atmosphäre ein und verglüht als teure Sternschnuppe für Romantiker.

Die faulen Säcke im All Es gibt auch Spezialisten in einer geostationären Umlaufbahn in exakt 35.786 km Höhe. Die sind so schlau getaktet, dass ihre Umlaufzeit genau einem Erdentag entspricht. Sie hängen scheinbar faul über demselben Punkt und sind perfekt für TV-Übertragungen oder Wetterbeobachtungen.