Wie hoch ist die Gravitation auf der ISS?

Die Schwerkraft auf der ISS: Ein scheinbarer Widerspruch

Die weitverbreitete Vorstellung, auf der Internationalen Raumstation (ISS) herrsche Schwerelosigkeit, ist vereinfachend und irreführend. Tatsächlich wirkt die Erdanziehungskraft auch in 400 Kilometern Höhe noch mit etwa 90% der Stärke, die wir an der Erdoberfläche erleben. Astronauten schweben nicht, weil die Gravitation verschwindet, sondern weil sie sich in einem permanenten freien Fall befinden.

Dieser scheinbare Widerspruch lässt sich mit dem Konzept der Umlaufbahn erklären. Die ISS bewegt sich mit einer enorm hohen Geschwindigkeit – etwa 28.000 km/h – um die Erde. Diese Geschwindigkeit ist exakt so abgestimmt, dass die Zentrifugalkraft, die durch die Kreisbewegung entsteht, die Erdanziehungskraft nahezu vollständig ausgleicht. Die Astronauten und alle Objekte auf der ISS fallen ständig Richtung Erde, erreichen diese aber nie, da sie gleichzeitig der Erdkrümmung folgen.

Man kann sich dies bildlich vorstellen, indem man einen Ball von einem hohen Turm wirft. Der Ball fällt zunächst senkrecht nach unten. Würde man ihn jedoch mit genügend hoher Geschwindigkeit horizontal werfen, würde er – abhängig von der Geschwindigkeit und der Erdkrümmung – einen Bogen beschreiben und um die Erde kreisen, bevor er wieder aufschlägt. Die ISS verhält sich ähnlich: Sie fällt ständig, verfehlt aber die Erde aufgrund ihrer hohen tangentialen Geschwindigkeit.

Die resultierende Beschleunigung, die die Astronauten erleben, ist daher nicht Null, sondern entspricht dem Unterschied zwischen der Erdanziehungskraft und der Zentrifugalkraft. Dieser Unterschied ist zwar klein im Vergleich zur Erdbeschleunigung von 9,81 m/s² an der Erdoberfläche, aber er ist nicht vernachlässigbar. Die tatsächliche Beschleunigung auf der ISS beträgt etwa 8,7 m/s², also rund 90% der Erdbeschleunigung.

Der Unterschied zwischen der gefühlten Schwerelosigkeit und der tatsächlich vorhandenen Schwerkraft liegt also in der gleichzeitigen Wirkung von Erdanziehung und Zentrifugalkraft. Die Astronauten schweben nicht, weil keine Schwerkraft wirkt, sondern weil die Schwerkraft durch die permanente, gekrümmte Bewegung ausgeglichen wird – ein Zustand, der als "Mikrogravitation" oder "Schwerelosigkeit" bezeichnet wird, obwohl streng genommen nicht korrekt. Dieser Zustand ist für wissenschaftliche Experimente essentiell, da er die Auswirkungen der Erdanziehung auf die verschiedensten Prozesse minimiert.