Warum sind Astronauten im All schwerelos?

Wenn man sich Videos von Astronauten im Weltall ansieht, stellt man sofort fest, dass diese umherschweben als würde "dort oben" keine Gravitation wirken. Man sagt ja immerhin auch, dass sie in der "Schwerelosigkeit" (engl. "zero gravity environment") leben.

Aber stimmt es, dass es dort oben keine Gravitation gibt?

Obwohl viele Quellen behaupten, es würden im Weltraum keine gravitativen Kräfte wirken, lautet die richtige Antwort: Gravitation ist überall - und besonders in den Umlaufbahnen um massereiche Körper, wie z. B. die Erde (oder die Sonne oder generell Sterne oder das Zentrum von Galaxien usw. - ihr wisst schon, was ich meine). Die Bezeichnung "zero gravity" oder "Schwerelosigkeit" in Verbindung mit dem Inneren von Raumschiffen oder Experimenten in der Internationalen Raumstation (ISS) ist jedoch sehr irreführend, wie ich finde.
Tatsächlich würden Astronauten das gleiche Gefühl von "Schwerelosigkeit" haben, wenn sie sich, anstatt die Erde zu umkreisen, in den Weiten des Weltraumes bewegen würden. "Sich im Erdorbit zu befinden" und "frei durch's All zu fliegen" sind für das Empfinden der Astronauten das selbe. Wenn ihr Raumschiff keine Fenster hätte, würden sich die Astronauten ziemlich schwer tun zu bestimmen, ob sie die Erde umkreisen oder fernab jeglicher Massen durch's Universum reisen. Dennoch ist der Begriff der "Schwerelosigkeit" von Astronauten in einer Erdumlaufbahn irreführend - an Orten, wie z. B. in der ISS, gibt es nämlich definitiv Gravitation!

Chris Cassidy und Karen Nyberg in der Kuppel der Internationalen Raumstation, 7. August 2013.
(Credit: NASA)

Aber warum "schweben" Astronauten in der ISS als ob keine gravitativen Kräfte auf sie wirken würden?

Die Antwort ist, dass sie sich gemeinsam mit ihrem Raumschiff im freien Fall um die Erde befinden. Und im freien Fall ist man nun mal schwerelos.

Um zu verstehen, wie das möglich ist, nehmen wir das Beispiel eines Speerwerfers her: Er wirft den Speer so weit er kann. Wenn er einer der besten Speerwerfer der Welt ist, wird er sein Sportgerät etwas mehr als 100 Meter wegschleudern können. Handelt es sich jedoch um einen viel (!) besseren Speerwerfen (wie z. B. Kermes, den persischen Athleten in "Asterix erobert Rom"), so wird dieser fähig sein, seinen Speer über den Ozean zu werfen. (Im Film landet dieser vor den Füßen eines Stammesführers der Ureinwohner Amerikas, welcher dies als eine Kriegserklärung interpretiert. Also Vorsicht beim Speerwerfen!) Der den Ozean überquerende Speer wird bereits die Erdkrümmung "spüren": Er wird etwas länger brauchen, um wieder auf festen Boden zu gelangen, da sich die Erde im Flug vom Speer "wegkrümmt". Je weiter das Wurfgerät fliegt, desto länger wird es "in der Luft bleiben" - aus dem einfachen Grund der Erdkrümmung.
Aber nehmen wir jetzt unseren lieben Obelix, den übermenschlich starken und zaubertrankgetränkten Gallier, als Beispiel: Er kann einen Speer weiter werfen als jeder andere. Ein einmal von Obelix weggestoßener Speer wird den Erdboden nie wieder sehen, weil sich die Erde zu sehr unter ihm "wegkrümmt" - der Speer wird die Erde umkreisen.

Ihr glaubt mir nicht? - Hier ist mein Videobeweis (der Spaß beginnt ab 16:50 Minuten)!

Jetzt kann man sich gleich viel besser vorstellen, wie man die Internationale Raumstation (i. A. Satelliten) in ihre Umlaufbahn brachte - man muss nur Obelix durch starke Raketen und den Speer durch ein Raumschiff ersetzen. ;-)


Hier ist ein weiteres Video, das die Frage "Gibt es dort oben Gravitation?" viel besser und anschaulicher beantwortet als ich mit meinem Text. (Ich bin darauf übrigens in Florian Freistetters Blog "Astrodicticum Simplex" gestoßen.)

Viel Vergnügen mit diesem wissenschaftlichen Parasiten im Gehirn von Wil Wheaton! ;-)