Der fallende Aufzug
NASA
Um zu verstehen, wie die Astronautinnen und Astronauten schwerelos durch die ISS schweben können, überlegen wir uns erst mal ein einfaches Beispiel auf der Erde. Wir stellen uns vor: Jemand würde in einem Aufzug auf einer Waage stehen. Solange sich der Aufzug nicht bewegt, zeigt die Waage einfach nur das normale Gewicht der Person an. Wenn aber das Kabel des Aufzugs reißt und er abstürzt … Keine Angst, das kann in Wirklichkeit nicht passieren – es ist ja nur ein Gedankenexperiment! Also: Wenn der Aufzug nach unten saust, passiert etwas Spannendes: Alles fällt nach unten – auch die Person im Inneren und die Waage. Dadurch steht unsere Versuchsperson jetzt nicht mehr auf der Waage – und deshalb zeigt sie auch nicht mehr das Gewicht an. Sondern der Zeiger geht auf „null Kilogramm“. Alles im Aufzug ist schwerelos. Kurz und gut: Schwerelosigkeit entsteht, wenn etwas nach unten fällt, genauer gesagt in Richtung Erdmittelpunkt. Das nennt man in der Physik den „freien Fall“.
Mit der Internationalen Raumstation ist es ähnlich wie mit dem Aufzug in unserem Gedankenexperiment: Sie befindet sich ebenfalls in einem freien Fall. Allerdings nicht senkrecht nach unten, sondern um die Erde herum. Und zwar mit einer ziemlich hohen Geschwindigkeit von 28.000 Kilometern pro Stunde. Wäre sie nicht so schnell, würde sie auf die Erde fallen. Aber mit diesem hohen Tempo fällt sie gewissermaßen andauernd an der Erde vorbei – und alles, was sich im Inneren der Station befindet, fällt mit ihr mit. Darum herrscht auf der Raumstation Schwerelosigkeit.
Weil das mit dem freien Fall um die Erde herum schwer zu verstehen ist, hier noch ein anderes Beispiel: Wir verkleinern mal in Gedanken die ISS und stellen uns eine Plastikflasche vor – am besten mit drei kleinen Spielzeugfigürchen drin. Die Flasche ist in diesem Beispiel die ISS, die Figürchen – du hast es erraten – sind die Astronautinnen und Astronauten. Wenn du die Flasche schräg nach oben wirfst, fällt sie in hohem Bogen durch die Luft und landet nach einigen Metern wieder auf der Erde. Die Figürchen im Innern bewegen sich auf diesem kurzen Flug genauso schnell wie die Flasche und purzeln in ihr umher. Für einen kleinen Augenblick sind sie in der Flasche schwerelos – bis zum Aufprall auf dem Boden. Könntest du die Flasche aber so fest und schnell werfen, dass sie mit hoher Geschwindigkeit um die ganze Erde herumfliegt – tja, dann würden die Figürchen in ihrem Inneren die ganze Zeit schweben. Und genau das passiert in der Raumstation. Sie fällt und fällt und fällt in hohem Bogen um die Erde – und die Astronautinnen und Astronauten in ihrem Inneren fallen mit ihr mit. Das Plastikflaschen-Experiment kannst du ja mal ganz einfach nachmachen. Um Spielzeugfigürchen hineinzubekommen, muss man sie erst aufschneiden und danach wieder verkleben. Noch einfacher geht es, wenn du ein paar Papierkügelchen einfach durch die Öffnung hineingibst. Wirf die Flasche dann einfach direkt vor dir etwas in die Höhe und beobachte, was darin passiert. Du wirst sehen: Die Papierkügelchen schweben in der Flasche umher.