Willkommen in der seltsamen Welt der Schwerelosigkeit!

Dieses Gruppenfoto, das eine Crew auf der ISS gemacht hat, zeigt: In Schwerelosigkeit gibt es kein „Oben“ und „Unten“. Fast ebenso bemerkenswert: die geschmackvollen Hemden, die die Astronauten hier tragen … Bild: NASA
Dieses Gruppenfoto, das eine Crew auf der ISS gemacht hat, zeigt: In Schwerelosigkeit gibt es kein „Oben“ und „Unten“. Fast ebenso bemerkenswert: die geschmackvollen Hemden, die die Astronauten hier tragen … Bild: NASA

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Willkommen in der seltsamen Welt der Schwerelosigkeit! Viele Dinge – und oft auch Astronauten – stehen hier auf dem Kopf, und zwar im wörtlichen Sinne. Man kann in der Luft einen Salto nach dem anderen schlagen und über dem Tisch schweben, wenn es beim Abendessen keinen anderen freien Platz mehr gibt. Wasser bildet Kugeln, die durch die Luft fliegen – und auch alles andere, was man nicht festhält, macht sich schnell selbstständig.

Astronauten benötigen ein paar Tage, um sich an das Leben in Schwerelosigkeit zu gewöhnen: Da man in Schwerelosigkeit keinen festen Boden unter den Füßen hat, gibt es kein „Oben“ und „Unten“. Mal fliegt man über der Erde, mal unter ihr – und wenn man auch nur leicht den Kopf zur Seite dreht, sieht die Sache schon wieder ganz anders aus. Das bringt unseren Orientierungssinn ziemlich durcheinander.

Astronauten mit „Storchenbeinen“

Gennady Padalka aus Russland (im Hintergrund) hilft ESA-Astronaut André Kuipers aus den Niederlanden bei einem medizinischen Versuch. Es geht dabei um den Gleichgewichtssinn. Bild: ESA
Gennady Padalka aus Russland (im Hintergrund) hilft ESA-Astronaut André Kuipers aus den Niederlanden bei einem medizinischen Versuch. Es geht dabei um den Gleichgewichtssinn. Bild: ESA

Hinzu kommt, dass sich im menschlichen Körper vieles ändert: Ohne die Erdanziehung sammeln sich beispielsweise die Körperflüssigkeiten zu einem großen Teil in der oberen Körperhälfte an. Denn es fehlt ja jetzt plötzlich die Kraft, die sie sonst in Richtung Beine und Füße zieht. Das führt einerseits zu aufgedunsenen Gesichtern – wie bei einem Hand- oder Kopfstand – und andererseits zu besonders schlanken „Storchenbeinen”. Es kann auch Kreislaufbeschwerden hervorrufen und vieles andere mehr. Auch das Immunsystem – also unsere Abwehrkräfte gegen Krankheitskeime – lässt nach und die Knochen bauen Kalzium ab.
 

Medizin im Zeitraffer

Für Astronauten sind diese Veränderungen etwas unangenehm – auch wenn sich nach der Landung alles schnell wieder normalisiert. Für Mediziner sind sie aber äußerst interessant: Denn die Symptome der Astronauten ähneln Krankheiten, die man auch von Patienten auf der Erde kennt – auch da gibt es Probleme mit Kreislauf und Knochen. Das Spannende an der Sache: Astronauten, die ja besonders fit sein müssen, um überhaupt starten zu dürfen, entwickeln nun diese Krankheitsbilder wie im Zeitraffer und unter kontrollierten Bedingungen. So können die Ärzte die Entstehung von Krankheiten und nach der Landung auch wieder die Genesung bestens untersuchen. Und wenn man weiß, wie Krankheiten entstehen und wieder verschwinden, hilft das natürlich auch der Medizin auf der Erde.

Andere wissenschaftliche Untersuchungen im All dienen der Entwicklung neuer High-Tech-Materialien und vielem anderen mehr.

Warum Astronauten schwerelos sind …

Alexander Kaleri aus Russland (links) und ESA-Astronaut Pedro Duque aus Spanien führen ein medizinisches Experiment durch. Wie man sieht, ist die ISS mit wissenschaftlichen Geräten geradezu vollgestopft: ein fliegendes High-Tech-Labor. Bild: ESA
Alexander Kaleri aus Russland (links) und ESA-Astronaut Pedro Duque aus Spanien führen ein medizinisches Experiment durch. Wie man sieht, ist die ISS mit wissenschaftlichen Geräten geradezu vollgestopft: ein fliegendes High-Tech-Labor. Bild: ESA

Zugleich stellt die Schwerelosigkeit für die Astronauten auch in ihrem Alltag eine besondere Herausforderung dar. Insgesamt aber bietet sie großartige Möglichkeiten für die Forschung. Dafür nutzt man die Internationale Raumstation ISS. Sie umkreist die Erde in rund 400 Kilometer Höhe – eigentlich gar nicht so weit von uns entfernt. Doch auch diese recht geringe Distanz genügt, um Schwerelosigkeit zu erzeugen. Fragt sich nur: warum? Immerhin wirkt die Erdanziehung ja sogar bis zum Mond – und der ist ziemlich genau 1.000 Mal weiter weg als die ISS!

Die einfachste Erklärung, weshalb auf der ISS trotz ihrer Nähe zur Erde Schwerelosigkeit herrscht, lautet:

Wenn die ISS um die Erde rast, wirken zwei Kräfte auf sie ein, die sich genau ausgleichen: erstens ist das die Schwerkraft, also die Anziehungskraft in Richtung Erde. Und zweitens ist es die Fliehkraft – die genau in die andere Richtung, also weg von der Erde, wirkt. Die Fliehkraft entsteht, wenn ein Gegenstand schnell im Kreis herumgeschleudert wird und dann nach außen saust, wenn man ihn – wie im Sport beim Hammerwerfen – plötzlich loslässt. Oder wenn man mit dem Auto schnell durch eine Kurve fährt und nach außen gepresst wird. Die ISS fliegt nun auf ihrer Kreisbahn um die Erde derartig schnell „durch die Kurve“, dass die Schwerkraft dadurch aufgehoben wird: Alles schwebt.

Ein Wassertropfen schwebt in Schwerelosigkeit durch die ISS. Bild: NASA
Ein Wassertropfen schwebt in Schwerelosigkeit durch die ISS. Bild: NASA

Diese einfache Darstellung erklärt die Schwerelosigkeit allerdings leider nicht ganz korrekt. Fachleute wenden hier manchmal ein, dass die Fliehkraft nur eine sogenannte „Scheinkraft“ ist.Vor allem wird aber bei dieser Erklärung nicht klar, warum Astronauten schwerelos sind, wenn sie – statt um die Erde zu kreisen – etwa „geradeaus“ zum Mond fliegen. Daher hier die etwas kompliziertere Erklärung:

Die ISS befindet sich im freien Fall um die Erde. Und im freien Fall herrscht immer Schwerelosigkeit. Klingt verrückt, ist aber so. Beispiel: Beobachtet mal, wie ein Wassertropfen aussieht, der ins Waschbecken fällt! Während der Flugphase, direkt nachdem er den Wasserhahn verlassen hat, formt er sich zu einer runden „Kugel“ – genau wie das Wasser, das man auf der ISS durch die Luft schweben lässt. Ihr könnt das ja mal mit einer Kamera filmen und dann Bild für Bild betrachten – gewissermaßen als Mini-Mitmach-Experiment.

Oder stellt euch mal das folgende, ganz einfache Beispiel vor: Da hängt ein Apfel an einem Ast, und im Apfel drin lebt ein Wurm in einer kleinen Höhle. Wenn der Apfel vom Baum fällt, purzelt der Wurm plötzlich in seiner Höhle herum: Könntet ihr ihn fragen und könnte er antworten, so würde er bestätigen: Ja, ich bin schwerelos! Er schwebt so lange in der Höhle, wie dieser freie Fall dauert – genau so wie die Astronauten in der Raumstation herumschweben, die permanent um die Erde herum fällt. Übrigens: Wenn euch das Beispiel mit dem Wurm im Apfel zu kindlich erscheint, könnt ihr euch ja mal überlegen, was in einem Fahrstuhl passiert, der plötzlich rasend schnell in die Tiefe stürzt. Oder denkt euch einfach etwas anderes aus – zum Beispiel ein Flugzeug, das nach unten fällt, dann aber noch rechtzeitig wieder in die Höhe aufsteigt. Genau das sind die sogenannten Parabelflüge: Wie bei einer Berg- und Talbahn geht es da immer wieder auf und ab. Dabei entstehen kurze Phasen der Schwerelosigkeit, weshalb diese Flüge im Astronauten-Training eine große Rolle spielen.

Das Interessante bei den Parabelflügen ist nun: Schwerelosigkeit gibt es da nicht nur, wenn das Flugzeug im freien Fall nach unten fällt, sondern auch schon am Ende der aufsteigenden Flugbahn – und zwar ab dem Moment, wenn die Piloten den Schub wegnehmen und der Flieger antriebslos noch etwas nach oben „fällt“, bevor er die Spitze der Flugbahn erreicht hat und anschließend nach unten kippt. Sobald der Antrieb ausgeschaltet ist, herrscht freier Fall. Mit anderen Worten: Der Begriff „freier Fall“ heißt nicht, dass es immer nur nach unten geht. Man kann sich das alles auch so vorstellen: Solange eine Rakete oder ein Raumschiff beschleunigt, also immer schneller wird, wird ein Astronaut in seinen Sitz gedrückt – und dann ist er natürlich nicht schwerelos. Wenn aber der Antrieb ausgeschaltet wird und das Raumschiff nicht mehr schneller wird, wirkt auch keine Kraft mehr auf die Astronauten ein: Das Raumschiff und die Astronauten darin befinden sich im freien Fall – egal ob sie um die Erde „fallen“ oder zum Mond unterwegs sind. Ganz ohne Antrieb würde das allerdings nicht lange gut gehen – zumindest nicht in der Nähe eines großen und massereichen Himmelskörpers wie der Erde: Denn die Erde (oder in der Nähe des Mondes eben der Mond) zieht das Raumschiff natürlich weiterhin an. Stünde die ISS auf ihrer 400 Kilometer hohen Erdumlaufbahn einfach still, würde sie sofort wie ein Stein zu Boden fallen. Nur weil sie sich mit 27.500 Kilometern pro Stunde sehr schnell fortbewegt, fällt sie nicht auf den Boden. Sondern sie fällt eben permanent um die Erde herum.

Was Astronauten in der Schwerelosigkeit erleben, welche Versuche sie dort durchführen und vieles mehr aus der seltsamen Welt der Schwerelosigkeit erfahrt ihr per Klick auf die weiteren Artikel zu diesem Thema. Und viele Fotos und Videos gibt es dort ebenfalls – sogar eine etwas „versteckte“ Bildergalerie mit Fotos, die Astronauten in eher ungewöhnlichen Situationen zeigen. Wenn ihr sie suchen wollt, hier nur so viel als kleinen Tipp: Das Zauberwort heißt „Zauberwort“. Den Rest müsst ihr selbst rausfinden …