Wieso sind Astronauten in der Erdumlaufbahn schwerelos?
In Wirklichkeit wirken sie nur schwerelos. Damit sie nicht auf die Erde stürzen, muß die auf sie wirkende Schwerkraft durch Fliehkraft ausgeglichen werden. Dazu sind sehr hohe Geschwindigkeiten nötig.
Astronaut bei einem Weltraumspaziergang, © Strato Medien AG
GroßansichtAstronaut bei einem Weltraumspaziergang,
© Strato Medien AG
Die typische Höhe der Internationalen Raumstation (International Space Station, ISS) über dem Erdboden beträgt ca. 385 Kilometer. In dieser Höhe wirkt die Schwerkraft (Gravitationskraft) nach wie vor mit 89 % des Wertes auf der Erdoberfläche. Die Astronauten sind also in keinster Weise schwerelos! Um nicht abzustürzen, müssen sie, ebenso wie die ISS, mit einer Geschwindigkeit von ca. 28.000 km/h um die Erde kreisen. Die dadurch entstehende Fliehkraft (Zentrifugalkraft) kompensiert die Gravitationskraft. Nur wenn beide Kräfte gleich groß sind, ändert sich der Abstand der ISS zur Erde nicht. Da in der Erdumlaufbahn außerhalb der Atmosphäre kein bremsender Luftwiderstand vorhanden ist, bleibt ihre Geschwindigkeit dabei konstant.

Würde die Raumstation zu schnell fliegen, würde ihre Zentrifugalkraft überwiegen und sie würde ins Weltall davon treiben. Im umgekehrten Fall wäre die Gravitationskraft stärker und die ISS würde der Erde immer näher kommen. Je tiefer die Raumstation dabei sinken würde, desto mehr würde sie von der immer dichter werdenden Atmosphäre abgebremst. Dadurch würde ihre Zentrifugalkraft noch weiter abnehmen, die ISS würde noch schneller sinken und schließlich auf der Erde aufschlagen. Diesen Effekt, nur in einer kontrollierten Art und Weise, nutzen die Space Shuttles bei ihren Erdlandungen aus.


Beispiel zur Verdeutlichung der gegensätzlichen Wirkung von Gravitationskraft und Zentrifugalkraft:

Stellen Sie sich vor, Sie würden sich sehr schnell im Kreis drehen. Dabei halten Sie eine Schnur in der Hand, an deren Ende ein Gewicht befestigt ist. Das Gewicht fliegt dann um Sie herum, genauso wie die ISS um die Erde herum fliegt. Dabei steht nun die Schnur, mit der Sie das Gewicht festhalten, stellvertretend für die Wirkung der Gravitationskraft der Erde auf die ISS.
Zugleich spüren Sie an der Schnur aber auch, wie das Gewicht von Ihnen weggezogen wird. Sie müssen sich anstrengen, um es festzuhalten und zwar um so mehr, je schneller sie sich drehen. Dabei handelt es sich um die Zentrifugalkraft, die bei Ihrem Experiment mit der Schnur genauso auftritt, wie bei der um die Erde fliegenden ISS. Wenn beide Kräfte im Gleichgewicht sind, dann verändert das Gewicht nicht mehr seinen Abstand zu Ihnen, genauso wie die ISS immer im gleichen Abstand zur Erde bleibt.
(Dieses Beispiel soll das hierbei herrschende Prinzip nachvollziehbar machen; es handelt sich nicht um identische, physikalische Prozesse.)
F A K T E N    Z U    S A T E L L I T E N
  • Die International Space Station (ISS) ist ein Gemeinschaftsprodukt von USA, Europa, Rußland, Japan und Kanada. Nach Fertigstellung wird sie bei einem Gewicht von 450 Tonnen 1200 Kubikmeter Platz bieten für 7 Besatzungsmitglieder und eine große Menge wissenschaftlicher Experimente.
  • Die ISS fliegt in einer mittleren Höhe von 385 Kilometern über dem Erdboden mit einer Geschwindigkeit von 27.700 km/h. Eine Erdumkreisung dauert 91,9 Minuten. In dieser Höhe beträgt die Erdbeschleunigung g = 8,73 m/s², das sind 88,9 % des Wertes auf Meereshöhe von g = 9,81 m/s².
  • Geostationäre Umlaufbahn: Ein Satellit auf einer g. U. befindet sich immer über der gleichen Stelle des Äquators der Erde, da er sich genauso schnell um die Erde dreht, wie sich die Erde um sich selbst dreht. Damit dabei seine Gravitationskraft genau seiner Zentrifugalkraft entspricht, muß er sich in einer Entfernung von 36.000 Kilometer zur Erde befinden. So kreist der Satellit um die Erde, behält stets seinen Abstand bei und steht immer über der gleichen Stelle. Er ist praktisch an dieser Stelle "geparkt".
    Beispiel: Die Astra-Fernsehsatelliten.
    Die ISS dagegen befindet sich nicht in einer g. U. Sie umkreist die Erde viel schneller (siehe oben).

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