Warum sind Astronauten im Weltraum schwerelos?

Die meisten unserer regelmäßigen Leser verstehen, warum Astronauten und Objekte auf der Internationalen Raumstation zu schweben scheinen, aber es gibt einige falsche Vorstellungen und vorgefasste Meinungen zu diesem Thema, die nicht wahr sind und die kein sehr gutes Verständnis der Physik darstellen! Dieses Video gibt einen unterhaltsamen Einblick in einige der Vorstellungen, die die Menschen von der Schwerelosigkeit an Bord eines Raumschiffs im Orbit haben, und zeigt, warum die Astronauten tatsächlich schwerelos erscheinen.

Lassen Sie uns aber auch darüber diskutieren:

Auf die Frage, warum Objekte und Astronauten in Raumschiffen schwerelos erscheinen, geben viele Menschen folgende Antworten:

1. Im Weltraum gibt es keine Schwerkraft und sie wiegen nichts.

2. Der Weltraum ist ein Vakuum, und in einem Vakuum gibt es keine Schwerkraft.

3. Die Astronauten sind zu weit von der Erdoberfläche entfernt, um ihrer Anziehungskraft ausgesetzt zu sein.

Diese Antworten sind alle falsch!

Das Wichtigste, was man hier verstehen muss, ist, dass es im Weltraum Schwerkraft gibt. Das ist ein weit verbreiteter Irrglaube. Was hält den Mond in seiner Umlaufbahn um die Erde? Die Schwerkraft. Was hält die Erde in ihrer Umlaufbahn um die Sonne? Die Schwerkraft. Was hält Galaxien zusammen? Die Schwerkraft.

Schwerkraft ist überall im Weltraum!

Wenn man einen Turm auf der Erde bauen würde, der 370 km (230 Meilen) hoch ist, etwa so hoch wie die Umlaufbahn der Raumstation, wäre die Schwerkraft auf der Spitze des Turms fast so stark wie auf dem Boden. Wenn Sie von der Spitze des Turms abspringen würden, würden Sie auf die Erde fallen, so wie Felix Baumgartner es später in diesem Jahr tun wird, wenn er versucht, vom Rand des Weltraums zu springen. (Das berücksichtigt natürlich nicht die eisigen Temperaturen, die letztendlich Ihr Ableben verursachen würden, oder dass keine Luft oder kein Luftdruck Sie töten würde, oder dass der Fall durch die Atmosphäre Ihren Körperteilen schwer zusetzen würde. Und dann wäre der plötzliche Stopp auch noch schlimm.)

Warum fallen also die Raumstation oder Satelliten in der Umlaufbahn nicht auf die Erde, und warum scheinen die Astronauten und Objekte in der ISS oder anderen Raumfahrzeugen zu schweben?

Wegen der Geschwindigkeit!

Die Astronauten, die ISS selbst und andere Objekte in der Erdumlaufbahn schweben nicht, sie fallen tatsächlich. Aber sie fallen nicht auf die Erde, weil sie eine enorme Umlaufgeschwindigkeit haben. Stattdessen fallen sie um die Erde herum. Objekte in der Erdumlaufbahn müssen eine Geschwindigkeit von mindestens 28 160 km/h (17 500 mph) erreichen. Während sie sich also auf die Erde zubewegen, krümmt sich die Erde unter ihnen weg und sie kommen ihr nicht näher. Da die Astronauten die gleiche Beschleunigung wie die Raumstation haben, fühlen sie sich schwerelos.

Es gibt Zeiten, in denen wir auf der Erde – kurzzeitig – schwerelos sein können, wenn man fällt. Waren Sie schon einmal in einer Achterbahn, und kurz nach dem Gipfel eines Hügels, wenn die Kabine zu sinken beginnt, hebt sich Ihr Körper vom Sitz? Wenn Sie sich in einem Aufzug befänden, der hundert Stockwerke hoch ist, und das Kabel würde reißen, während der Aufzug fällt, würden Sie in der Aufzugskabine schweben. Natürlich wäre das Ende in diesem Fall ziemlich katastrophal.

Und wahrscheinlich haben Sie auch schon vom „Vomit Comet“ gehört – dem KC 135-Flugzeug, das die NASA benutzt, um kurze Perioden der Schwerelosigkeit für das Astronautentraining zu erzeugen und um Experimente oder Ausrüstung in der Schwerelosigkeit zu testen, sowie von den kommerziellen Schwerelosigkeitsflügen, bei denen das Flugzeug in einer Parabel fliegt, und wie bei einer Achterbahn (aber mit größerer Geschwindigkeit und in größerer Höhe), wenn das Flugzeug über den Scheitelpunkt der Parabel hinausfliegt und sich nach unten bewegt, eine Schwerelosigkeitsumgebung entsteht, während das Flugzeug fällt. Glücklicherweise wird das Flugzeug aus dem Fall herausgezogen und pendelt sich ein.

Wenden wir uns wieder dem Turm zu. Wenn Sie, anstatt einfach vom Turm zu steigen, einen Sprung mit Anlauf machen würden, würde Ihre Vorwärtsenergie Sie vom Turm wegtragen, während die Schwerkraft Sie nach unten zieht. Anstatt am Fuß des Turms aufzuschlagen, würdest du in einiger Entfernung landen. Wenn du schneller laufen würdest, könntest du dich weiter vom Turm entfernen, bevor du auf dem Boden aufschlägst. Wenn du so schnell laufen könntest wie das Space Shuttle und die ISS, die die Erde mit 28.160 km/h umkreist, würde der Bogen deines Sprungs einen Kreis um die Erde bilden. Sie befänden sich in einer Umlaufbahn und wären schwerelos. Sie würden fallen, ohne den Boden zu berühren. Allerdings sind ein Raumanzug und reichlich Atemluft erforderlich.

Und wenn du mit 40.555 km/h laufen könntest, würdest du direkt an der Erde vorbeispringen und anfangen, die Sonne zu umkreisen.

Die Internationale Raumstation, das Space Shuttle und die Satelliten sind so konstruiert, dass sie in der Umlaufbahn bleiben und weder auf den Boden fallen noch ins All schießen. Sie umkreisen die Erde etwa alle 90 Minuten.

Wenn man also in der Umlaufbahn ist, befindet man sich im freien Fall und ist schwerelos.