Letzte Aktualisierung: 25. Juli 2024

Warum schweben Astronauten auf der ISS?

Schwerkraft, Schwerelosigkeit, Schwerelosigkeit, Mikrogravitation!

Bevor wir die Frage beantworten, warum Astronauten in der Internationalen Raumstation (ISS) schweben, müssen wir auf einfache Weise einige physikalische Begriffe klären.
Schwerkraft ist die Kraft des Gravitationsfeldes, die uns zum Mittelpunkt der Erde zieht; dieser Begriff bezieht sich auf den Planeten Erde. Aber auch die Kraft, die jedem physischen Körper Gewicht verleiht (Schwerkraft).
Gravitation bezieht sich allgemeiner auf diese Kraft oder Wechselwirkung zwischen zwei beliebigen massiven Himmelskörpern. Aber diese beiden Begriffe sind gleich.
Schwerelosigkeit ist das nahezu vollständige Fehlen des Gewichtsgefühls im Gegensatz zur Schwerkraft.
Mikrogravitation bezeichnet eine sehr schwache Gravitation, die ein Objekt spürt, das sich sehr weit von einem massiven Körper entfernt oder in einer Ecke des Weltraums befindet, wo sich die Gravitationseinflüsse mehrerer massiver Körper gegenseitig aufheben, wie zum Beispiel an Lagrange-Punkten.
Schwerelosigkeit oder Null G gibt es nicht, da die Gravitation den gesamten Weltraum bis hin zu den großräumigen Strukturen des Universums durchdringt. Die Erfahrung der „Schwerelosigkeit“ ist eine Illusion, die den Eindruck erweckt, als würde die Schwerkraft verschwinden. Aber in Wirklichkeit ist es das Schweregefühl, das verschwindet, wenn man sich im freien Fall befindet. Tatsächlich fallen die beiden Körper beim freien Fall in einem Aufzug, dessen Kabel durchtrennt wurde, mit der gleichen Geschwindigkeit und keiner ruht auf dem anderen. Wenn die beiden Körper fallen, liegt das genau an der Schwerkraft.
Was ist also das physikalische Phänomen, das es Astronauten ermöglicht, in der Internationalen Raumstation zu schweben?
Die Schwerkraft misst die Beschleunigung eines Objekts im freien Fall auf der Erdoberfläche.

Newtons zweites Gesetz, das durch F=ma ausgedrückt wird, besagt, dass die Schwerkraft (f) gleich der Masse (m) und der Beschleunigung (a) ist.
In dieser Gleichung beschleunigt eine Kraft von 1 Newton, die auf eine Masse von 1 kg wirkt, um 1 m/s2. Die Schwerkraft beträgt also etwa 9,81 Newton bei einer Masse von 1 kg.
Aber Gravitation und Beschleunigung sind zwei Aspekte derselben Kraft (F=ma und F=mg ⇒ g=a).
Die Schwerkraft wird durch g0=9,81 m/s2 ausgedrückt, also eine Erdbeschleunigung (auf Meereshöhe bei 45° Breite).
Anders als das Gewicht ändert sich die Masse eines Körpers (ausgedrückt in kg), die bei der Berechnung der Gravitationskraft g verwendet wird, nicht abhängig von dem Stern, auf dem sich der Körper befindet. Es ist g, das als Funktion des Quadrats des Abstands, der zwei Körper trennt, abnimmt.
Unsere internationale Raumstation bewegt sich in einer niedrigen Umlaufbahn, etwa 415 km von der Erdoberfläche entfernt. Dieser Abstand ist sehr gering und die Schwerkraft in dieser Höhe (g=9 m/s2) ist praktisch dieselbe wie auf der Erde (g=9,81 m/s2).
Somit befinden sich Astronauten an Bord der Internationalen Raumstation in einem Zustand der Schwerelosigkeit, jedoch nicht in der Mikrogravitation. ISS und Astronauten fliegen im freien Fall um die Erde. Aus diesem Grund schweben Astronauten auf der Internationalen Raumstation.

Hinweis: Die Erde ist eine Referenz für andere Himmelsobjekte, bei denen die Gravitation anders ist. Für andere Objekte ist die Schwerkraft der Erde also gleich 1, weshalb wir Masse und Gewicht verwechseln (p=mg).

Warum schweben Astronauten auf der ISS?

Schwerkraft, Schwerelosigkeit, Schwerelosigkeit, Mikrogravitation!

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