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Dr. Ragnar Fleischmann
Dr. Ragnar Fleischmann

Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation, Göttingen

Dr. Ragnar Fleischmann (39) studierte Physik in Frankfurt am Main und promovierte auf dem Gebiet der nichtlinearen Dynamik. Er ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation mit Forschungsaufenthalten in Cambridge und in Santa Barbara und forscht auf dem Gebiet des Transportes in mesoskopischen Systemen. Er ist verheiratet und ist Vater zweier Kinder.

Frage:

Lässt sich die Schwerelosigkeit in Raumschiffen abstellen?

Antwort:

Die Schwerelosigkeit im Weltall spielt in den meisten Science Fiction-Filmen kaum oder gar keine Rolle. Gemütlich sitzt der Kommandant in seinem Sessel und schlürft Earl-Grey-Tee aus einer recht gewöhnlichen Tasse. Damit dies funktioniert, sind die Raumschiffe im Film mit Generatoren für künstliche Gravitation ausgestattet – einem technischen Kunststück, von dem heute leider noch niemand weiß, wie es funktionieren soll.

Eine Lösung jedoch, zumindest die Bewohner von Raumstationen mit gewohnter Schwerkraft zu versorgen, scheint auf der Hand zu liegen und ist in realistischerer Science Fiction zu finden: Die Raumstation hat die Form eines Rades, welches um seine zentrale Achse rotiert. Die Bereiche, in denen sich die Astronauten die meiste Zeit aufhalten, liegen im „Reifen“ des Rades. Beim Stehen zeigt also der Kopf hin zur Nabe des Rades. Die Zentrifugalkraft oder auch Fliehkraft – die jeder aus dem Karussell kennt – hält die Bewohner der Raumstation auf dem Boden, wie auf der Erde die Schwerkraft. Sitzen und geruhsam Tee trinken wäre nun wohl möglich – aber zwei unangenehme Überraschungen könnten beim Aufstehen warten. Die eine ist die so genannte Coriolis-Kraft. Läuft man zügigen Schrittes im zentralen Korridor der Raumstation entlang des Radumfanges, so wird man plötzlich schwerer. Dreht man um und läuft zurück, so wird man leichter! Warum? Läuft man mit der Drehbewegung der Raumstation, so wird die effektive Drehgeschwindigkeit des Läufers höher und damit die Zentrifugalkraft größer – der Läufer wird schwerer. Läuft er entgegengesetzt, so verlangsamt er die effektive Drehgeschwindigkeit und die künstliche Schwerkraft wird schwächer, so dass er sich leichter fühlt.

Die andere Überraschung ist, dass sich nach dem Aufstehen der Kopf etwas leicht anfühlt. Dies ist nicht etwa die Auswirkung irgendwelcher Zusätze im Tee, sondern wird durch die Abhängigkeit der Zentrifugalkraft vom Radius hervorgerufen. Auf der Erde gibt es im Prinzip eine ähnliche Abhängigkeit der Gravitationskraft, jedoch ist diese Abhängigkeit durch die ungeheure Größe der Erde so gering, dass man sie nicht wahrnehmen kann. Will man die Auswirkung dieser Abhängigkeit aushalten, muss man die Raumstation groß genug bauen. Benötigt würden einige Kilometer Durchmesser, so dass auch diese Art der Erzeugung künstlicher Schwerkraft vorerst noch Science Fiction bleibt.

Wieso die Fähigkeit, künstliche Schwerkraft zu erzeugen, jedoch von fundamentaler Wichtigkeit für die Weltraumabenteuer ist, sei hier noch kurz dargelegt. Das Fehlen von Generatoren für künstliche Gravitation wäre für den Kommandanten eines Filmraumschiffes ein viel größeres Problem, als das des gemütlichen Teetrinkens oder komfortablen Laufens im Korridor. Denn tritt er auf die Brücke des Schiffes, gibt dem Steuermann einen neuen Kurs zur Rettung der Menschheit und befiehlt „Beschleunigung“, um dann in wenigen Augenblicken das Sonnensystem hinter sich zu lassen, so bekommen die Gravitationsgeneratoren eine andere, ihre wichtigste Rolle: Sie werden zu Inertialdämpfern. Jeder kennt das Gefühl, wenn man beim Losfahren des Autos oder beim Start des Flugzeuges in die Sitze gedrückt wird. Diese „Beschleunigungskräfte“ sind in unserem Raumschiff natürlich ungleich größer! Könnte man sie nicht auf irgendeinem Wege ausschalten, so würde der imposante Abgang des Raumschiffes aus dem Blickfeld eher zu einem Kriechen werden. Nehmen wir an, wir würden den Raumschiffinsassen eine Beschleunigung des Dreifachen der Erdanziehungskraft auf der Erdoberfläche zumuten – beim Vierfachen kann man bereits ohnmächtig werden – so bräuchte das Raumschiff fast vier Monate, um auch „nur“ halbe Lichtgeschwindigkeit zu erreichen und mehr als eine Woche, um unser Sonnensystem zu verlassen.

Dies passt natürlich nicht in eine Dreiviertel-Stunden-Episode, es sind viel größere Beschleunigungen gefragt. Deshalb müssen die Gravitationsgeneratoren durch die künstliche Schwerkraft die auftretenden Beschleunigungskräfte in jedem Augenblick exakt ausgleichen, nicht nur beim Beschleunigen, sondern auch bei jeder Kurve, die das Raumschiff fliegt. Das Leben der Besatzung hängt von ihrem fehlerfreien Funktionieren ab.

 
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