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Warum gibt es Schwerkraft im Weltraum?
Kurze Antwort
Schwerkraft ist überall im Weltraum vorhanden, und genau deshalb gibt es Umlaufbahnen. In der Höhe der Internationalen Raumstation von etwa 400 km beträgt die Anziehungskraft der Erde immer noch rund 90 Prozent ihres Oberflächenwerts. Astronauten schweben nicht, weil die Schwerkraft verschwunden ist, sondern weil sie und ihr Fahrzeug gemeinsam und ununterbrochen um den Planeten fallen.
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Die Anziehungskraft schaltet sich nicht ab
Die Schwerkraft nimmt mit dem Quadrat der Entfernung vom Mittelpunkt eines Körpers ab, nicht von seiner Oberfläche. Der Erdradius beträgt etwa 6.371 km, sodass eine Station in 400 km Höhe sich in rund 6.771 km Entfernung vom Mittelpunkt befindet – nur etwa sechs Prozent weiter außen. Quadriert man dieses Verhältnis, ergibt sich eine Beschleunigung von nahezu 8,7 m/s² statt der gewohnten 9,81 m/s² am Boden. Das sind fast 90 Prozent der Erdbeschleunigung an der Oberfläche, kaum die Schwerelosigkeit, die der Begriff „Zero-g" suggeriert.
Die gleiche Überlegung erklärt den Mond. Er befindet sich im Mittel rund 384.400 km entfernt und bleibt fest an die Erde gebunden, gehalten von einer Anziehungskraft, die schwächer geworden, aber nie verschwunden ist. Die Schwerkraft hat unbegrenzte Reichweite; sie wird nur schwächer.
Freier Fall, nicht Leere
Was Astronauten erleben, ist freier Fall. Ein Raumfahrzeug im niedrigen Erdorbit bewegt sich mit etwa 7,7 km/s seitwärts. Die Schwerkraft lenkt seine Flugbahn genauso schnell nach unten, wie die gekrümmte Oberfläche des Planeten unter ihm wegfällt, sodass das Fahrzeug den Boden ständig verfehlt. Alles im Inneren wird gleich stark beschleunigt – Besatzung, Werkzeuge, Wassertropfen – und nichts drückt auf etwas anderes. Das Gewicht im Sinne eines Bodens, der gegen die Füße drückt, verschwindet; Masse und Trägheit bleiben erhalten.
Ingenieure bevorzugen den Begriff Mikrogravitation, weil der Zustand nicht perfekt ist. Luftwiderstand, Gezeitenunterschiede entlang der Länge einer großen Station und Bewegungen der Besatzung erzeugen restliche Beschleunigungen in der Größenordnung eines Millionstels der Erdschwerkraft, was für empfindliche Materialien und Fluidphysik-Experimente wichtig ist.
Wo die Schwerkraft wirklich schwindet
Weit entfernt von jedem großen Körper, im interstellaren Raum, wird das lokale Gravitationsfeld tatsächlich vernachlässigbar, wenn auch nie exakt null: Die kombinierte Anziehung entfernter Galaxien wirkt weiterhin. In der Nähe eines Planeten oder Sterns hingegen bestimmt die Schwerkraft jede Flugbahn, die ein Raumfahrzeug nehmen kann, weshalb Missionsplaner ihre Mühe darauf verwenden, sie auszunutzen, statt ihr zu entkommen.
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