Was ist Schwerelosigkeit?

Was ist Schwerelosigkeit: Definition und Entstehung

Wer was ist schwerelosigkeit genauer erforscht, denkt meist sofort an schwebende Raumfahrer im endlosen Weltall. Dieses beeindruckende physikalische Phänomen prägt die moderne Raumfahrt und fasziniert Menschen auf der ganzen Welt nachhaltig. Entdecken Sie jetzt die grundlegenden wissenschaftlichen Hintergründe und Ursachen dieser besonderen Naturerscheinung.

Was ist Schwerelosigkeit?

Schwerelosigkeit ist ein Zustand, in dem ein Koerper sein eigenes Gewicht nicht mehr spuert, weil keine unterstuetzende Kraft wie der Erdboden oder ein Stuhl dem Druck der Schwerkraft entgegenwirkt. Entgegen dem typischen Mythos ist dieser Zustand auf der Internationalen Raumstation nicht das Ergebnis einer fehlenden Erdanziehungkraft. Vielmehr entsteht das Schweben durch einen permanenten, ununterbrochenen Zustand des freien Falls.

Dieser Zustand fuehlt sich fuer den Betroffenen voellig unbeschwert an, da saemtliche Gegenstaende und die eigene Person mit exakt derselben Geschwindigkeit fallen. Das physikalische Phaenomen laesst sich mathematisch beschreiben - doch im echten Leben ist es vor allem eine intensive sensorische Erfahrung. Aber dazu spaeter mehr, denn es gibt einen ganz bestimmten, kontraintuitiven Fehler, den fast alle Menschen bei der Vorstellung von Orbiten machen - ich werde ihn im Abschnitt ueber die Raumstation weiter unten genau aufloesen.

Wie entsteht Schwerelosigkeit einfach erklaert?

Um zu verstehen, warum Astronauten schweben, muss man das Konzept des freien Falls begreifen. Wenn Sie auf der Erde von einem Sprungturm springen, befinden Sie sich fuer einen kurzen Augenblick im freien Fall. In dieser winzigen Sekunde sind Sie im Grunde schwerelos, weil Ihre Unterlage fehlt. Das Gefuehl im Bauch bei einer Achterbahnfahrt oder beim Trampolinspringen am hoechsten Punkt ist genau dieser Bruchteil einer Sekunde.

Im Weltall wird dieser Moment einfach kuenstlich verlaengert. Stellen Sie sich vor, Sie werfen einen Stein. Er fliegt ein Stueck und faellt aufgrund der Schwerkraft im Bogen zurueck auf den Boden. Werfen Sie ihn staerker, fliegt er weiter. Wenn man ein Objekt nun extrem schnell horizontal abschießt - mit rund 28.000 Kilometern pro Stunde -, biegt sich die Flugbahn des Objekts genau in demselben Maße wie die Kruemmung der Erdoberflaeche. Das Objekt faellt ununterbrochen, aber es verfehlt die Erde einfach staendig.

Die Schwerkraft auf der ISS: Warum Astronauten wirklich schweben

Hier kommt die Aufloesung des Raetsels, das ich anfangs erwaehnt habe: Viele Menschen glauben fest daran, dass im Weltall oder auf der Internationalen Raumstation ueberhaupt keine Schwerkraft existiert. Das ist absolut falsch. In der Realitaet betraegt die Erdanziehungskraft auf der Flughoehe der Raumstation, also rund 400 Kilometer ueber dem Meeresspiegel, noch immer ungefaehr 89% bis 90% des Wertes auf der Erdoberflaeche.

Ein Mensch, der auf der Erde 80 Kilogramm wiegt, wird dort oben immer noch mit einer Kraft angezogen, die fast 72 Kilogramm entspricht. Warum stuerzt die Raumstation also nicht ab? Weil sie sich mit einer enormen Vorwaertsgeschwindigkeit von etwa 7,66 Kilometern pro Sekunde bewegt. Die Station faellt im Grunde permanent um die Erde herum. Da sich die Astronauten und das Raumschiff im exakt gleichen orbitalen freien Fall befinden, heben sich die spuerbaren Kraefte im Inneren auf. Sie schweben nicht wegen fehlender Gravitation, sondern weil alles um sie herum gleich schnell faellt.

Ich war anfangs selbst skeptisch, als ich diese physikalischen Gleichungen zum ersten Mal sah. Es wirkte voellig unlogisch, dass eine so starke Kraft wirken soll, waehrend Menschen spielend leicht tonnenschwere Module bewegen. Doch nach stundenlangem Brüten ueber den orbitalen Mechaniken wurde mir klar: Die Natur trickst unsere Intuition hier geschickt aus. Der Weltraum ist nicht leer von Schwerkraft - er ist nur voller Bewegung.

Folgen fuer den Koerper: Wenn die Schwerkraft fehlt

Der menschliche Koerper hat sich ueber Jahrmillionen an die konstante Belastung durch die Erdanziehung angepasst. Faellt diese weg, reagiert der Organismus mit drastischen, teils schmerzhaften Veraenderungen. Ohne den vertikalen Zug verschieben sich saemtliche Koerperfluessigkeiten. Blut und Gewebewasser wandern aus den Beinen nach oben in Richtung Brust und Kopf. Das sorgt anfänglich fuer geschwollene Gesichter, waehrend die Beine sichtlich duenner werden.

Schlimmer ergeht es dem Bewegungsapparat. Weil Knochen und Muskeln das eigene Koerpergewicht nicht mehr tragen muessen, baut der Organismus sie rapide ab. Astronauten verlieren in der Schwerelosigkeit durchschnittlich 1% bis 2% ihrer Knochendichte pro Monat in den gewichtstragenden Bereichen wie Huefte und Wirbelsaeule. Das entspricht einem massiven, im Zeitraffer ablaufenden Alterungsprozess. Auch das Herz leidet: Da es das Blut nicht mehr muhevoll aus den Fueßen nach oben pumpen muss, verringert sich seine Muskelmasse innerhalb weniger Wochen um bis zu 10% bis 12%, und das Organ nimmt eine rundlichere Form an.

Um diesen Verfall zu stoppen, muessen Raumfahrer taeglich etwa zwei Stunden ein extrem hartes, kuenstlich widerstandsbasierendes Training absolvieren. Wer das schleifen laesst, kann nach der Landung auf der Erde nicht einmal mehr eigenstaendig stehen.

Schwerelosigkeit im Vergleich: Orbit vs. Erde

Orbitalflug (ISS) - Die Dauerloesung

- Sehr hoch - etwa 89% bis 90% der Erdgravitation wirken weiterhin auf das System

- Dauerhafter freier Fall durch extreme orbitale Geschwindigkeit von rund 28.000 km/h

- Extrem hoch - erfordert taeglich stundenlanges Gegen-Training zur Vermeidung von Muskelabbau

- Permanent ueber Monate hinweg moeglich

Parabelflug (Flugzeug) - Das Trainings-Tool

- Temporaer auf nahe null reduziert innerhalb der Kabine

- Gesteuerter Sturzflug eines Flugzeugs nach einem steilen Steigflug

- Wechselhaft - schneller Wechsel zwischen doppelter Erdanziehung und voelliger Schwerelosigkeit

- Jeweils nur etwa 20 bis 25 Sekunden pro Flug-Parabel

Alltägliche Erlebnisse (Trampolin/Achterbahn)

- Volle Erdschwerkraft wirkt ungehindert weiter

- Erreichen des Scheitelpunkts einer Wurfbewegung vor dem Einsetzen des Falls

- Gering bis moderat - auessert sich meist als kurzes, aufregendes Kribbeln im Magen

- Nur einen winzigen Bruchteil einer Sekunde spuerbar

Lukas und der Kampf gegen die Weltraum-Krankheit

Lukas, ein frisch ausgebildeter 32-jaehriger Luftfahrt-Ingenieur aus Muenchen, durfte fuer ein Forschungsprojekt an seinem ersten Parabelflug in Bordeaux teilnehmen. Er war euphorisch, hatte sich monatelang vorbereitet und dachte, sein Magen sei unempfindlich.

Schon bei der zweiten Flugparabel setzten brutale Kopfschmerzen und eine heftige Desorientierung ein - die sogenannte Raumkrankheit. Seine Augen brannten vom Schweis, und der abrupte Wechsel zwischen doppelter Schwerkraft und voelliger Orientierungslosigkeit im Raum schnuerten ihm die Kehle zu.

Er stellte fest, dass das starre Fixieren der Wände die Übelkeit nur verschlimmerte. Stattdessen konzentrierte er sich stur auf einen unbeweglichen Punkt an seinen eigenen Fuessen und hielt seinen Kopf absolut unbeweglich.

Nach fuenf qualvollen Runden stabilisierte sich sein Zustand schrittweise. Er konnte die verbleibenden 25 Parabeln nutzen, um seine Messungen erfolgreich abzuschließen - eine harte Lektion darueber, dass Schwerelosigkeit Schwerstarbeit ist.