Wie hoch ist die erste kosmische Geschwindigkeit der Erde?

Die erste kosmische Geschwindigkeit: Erdumrundung im Gleichgewicht

Die Erde, unser blauer Planet, übt auf alle Objekte in ihrer Nähe eine Anziehungskraft aus – die Schwerkraft. Um ein Objekt in einen stabilen Orbit um die Erde zu bringen, muss es eine bestimmte Geschwindigkeit erreichen, die als erste kosmische Geschwindigkeit bekannt ist. Diese Geschwindigkeit ist nicht willkürlich, sondern ergibt sich aus dem Gleichgewicht zwischen der Gravitationskraft der Erde und der Zentrifugalkraft, die das Objekt durch seine Bewegung erfährt.

Vereinfacht gesagt: Die Schwerkraft versucht, das Objekt zur Erde zu ziehen, während die Zentrifugalkraft es von der Erde wegzustoßen versucht. Die erste kosmische Geschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, bei der sich diese beiden Kräfte exakt ausgleichen. Das Objekt fällt somit ständig auf die Erde, verfehlt sie aber aufgrund seiner hohen tangentialen Geschwindigkeit ständig. Es befindet sich in einem permanenten freien Fall, der als Orbit bezeichnet wird.

Der genaue Wert der ersten kosmischen Geschwindigkeit hängt von verschiedenen Faktoren ab, vor allem von der Masse des Himmelskörpers (in diesem Fall der Erde) und dem Radius seiner Oberfläche. Für die Erde, unter Berücksichtigung einer idealisierten, kugelförmigen und homogen verteilten Masse, sowie der Vernachlässigung von Luftwiderstand und anderen perturbativen Einflüssen, beträgt die erste kosmische Geschwindigkeit in etwa 7,9 Kilometer pro Sekunde (km/s) oder 28.440 Kilometer pro Stunde (km/h).

Es ist wichtig zu betonen, dass dieser Wert ein Idealwert ist. In der Realität beeinflussen Faktoren wie die Erdrotation, die nicht-kugelförmige Gestalt der Erde (Erdabplattung) und die Luftreibung (in niedrigen Erdumlaufbahnen) den tatsächlichen Wert. Ein Satellit in einer niedrigen Erdumlaufbahn benötigt daher etwas mehr Geschwindigkeit, um den Luftwiderstand zu überwinden. Mit zunehmender Höhe über der Erdoberfläche nimmt die benötigte Geschwindigkeit zur Aufrechterhaltung eines stabilen Orbits ab, da die Gravitationskraft mit dem Quadrat der Entfernung abnimmt.

Die erste kosmische Geschwindigkeit ist ein grundlegendes Konzept in der Raumfahrt. Sie ist die Mindestgeschwindigkeit, die ein Raumfahrzeug benötigt, um die Erde zu umkreisen. Ohne das Erreichen dieser Geschwindigkeit würde das Raumfahrzeug wieder auf die Erde zurückfallen. Das Verständnis dieser Geschwindigkeit ist essenziell für die Planung und Durchführung von Raumfahrtmissionen. Die Berechnung und Berücksichtigung der ersten kosmischen Geschwindigkeit – und weiterer kosmischer Geschwindigkeiten – ist somit ein Eckpfeiler der modernen Astrophysik und Raumfahrttechnik.