Warum sind wir eigentlich schwerelos auf den Parabeln, warum sind es Parabeln und wie schwerelos ist eigentlich unsere Schwerelosigkeit? Fragen wie diese hoffen wir auf dieser Seite beantworten zu können.

Was ist Schwerelosigkeit?

Schwerelosigkeit herrscht, wenn nur die Schwerkraft wirkt.

So einfach ist das, das ist das gesamte Geheimnis, noch Fragen?
Na gut, Spaß beiseite. Es ist zwar so, aber vielleicht kann ich helfen diese Aussage zu verstehen. Vielleicht hätten Sie auch gesagt: „Schwerelosigkeit herrscht doch, wenn Dinge, die ich loslasse, nicht zu Boden fallen“. Und da kommen wir dem ganzen schon näher: Wenn ich nun selber falle und der Raum um mich herum auch genauso schnell, dann fällt mein Stift nicht runter, wenn ich ihn loslasse.

Am Boden übt der Erdboden Kraft auf alles aus, was auf ihm steht. Dort wirkt also nicht alleine die Schwerkraft, weswegen wir nicht dauerhaft schwerelos sind. Wenn nun auf alles nur die Schwerkraft wirkt, „fällt alles nach unten“. Ein fallender Raum übt dann keine Kräfte mehr auf darin befindliche Personen und Gegenstände aus – diese werden schwerelos.

Im Flugzeug setzt die Schwerelosigkeit aber schon ein, wenn wir noch nach oben fliegen. Dabei handelt es sich um einen sogenannten schiefen Wurf. Dieser ist vergleichbar mit einem freien Fall, allerdings mit einer schräg nach oben gerichteten Anfangsgeschwindigkeit. Wenn wir unseren gedachten Raum mit uns darin nicht einfach fallen lassen, sondern in einem hohen Bogen wegwerfen, dann wirkt auf den Raum und alles darin ebenfalls nur die Schwerkraft. Wir beschreiben die gleiche Flugbahn wie der Raum – wir sind schwerelos. Und wenn wir wiederum etwas loslassen fällt es in diesem Raum nicht zu Boden.

Der Parabelflug

In Wirklichkeit ist unser Raum der Airbus A310 und das Werfen übernehmen die Turbinen. In einer Höhe von etwa 6000 m beginnen die Piloten die Flugzeugnase nach oben zu ziehen, bis sie einen Winkel von 50° erreicht. An diesem Punkt wird der Schub stark reduziert und der Flieger folgt ab jetzt einer Wurfparabel, also einer Bahn, die ein Gegenstand beschreiben würde, wenn er mit 50° und 460 km/h abgeworfen würde. Das Flugzeug und alles in ihm wird schwerelos. Da wirklich nur die Gravitation wirken darf, müssen die Turbinen noch ein wenig Schub geben, weil die Atmosphäre an der Hülle reibt und uns bremsen würde. Das wäre dann eine zusätzliche Kraft und unsere Experimente damit für die Katz‘.

Vor einer Parabel fliegt man selbstverständlich horizontal und nach einer Parabel will man dorthin zurück, sodass jeweils die Flugzeugnase nach oben gezogen werden muss. Dabei treten wie bei einem Auto in der Kurve Zentrifugalkräfte auf. Diese sind so stark, dass wir bis zu 1,8 mal so schwer werden wie normal. Die folgenden Grafik verdeutlicht die drei Phasen ziemlich anschaulich. Wir müssen uns die Schwerelosigkeit gewissermaßen „erkaufen“:

Die Güte der Schwerelosigkeit messen wir übrigens in „g“. Das ist die Fallbeschleunigung bei uns auf der Erde. Wenn man etwas loslässt, wird es mit g=9,81m/s² beschleunigt. Bei 1,8g ist die Beschleunigung also fast doppelt so groß, was uns so schwer erscheinen lässt. Und unter Schwerelosigkeit hat man 0 g, also gar keine Beschleunigung. Tatsächlich schaffen die Piloten unter +-0.05 g zu bleiben, was für uns meist ausreicht. Die Piloten steuern zu dritt, ohne Computerunterstützung. Einer für links/rechts, einer rauf/runter und der dritte regelt den Schub der Turbinen, um die Luftreibung auszugleichen.

Von Flugzeugen und Satelliten

Und warum herrscht jetzt Schwerelosigkeit im Weltraum? Weil Satelliten auch nur Wurfbahnen beschreiben. Wenn man die Abwurfgeschwindigkeit immer weiter erhöht, fällt man gewissermaßen an der Erde vorbei und landet, im besten Fall, auf einem Orbit um unseren Planeten. Dieser muss nicht zwangsläufig rund sein. Wäre die Erde nur ein Massenpunkt im Zentrum unseres Planeten, so wäre unsere Parabel in sehr guter Näherung nur der äußerster Zipfel einer extremen Bahn um diesen Punkt. Stellen wir uns vor wir befinden uns im höchsten Punkt unserer Parabel, etwa 240 km/h schnell und knapp 6400 km entfernt vom Erdzentrum. Statt nach 10 Sekunden den Flieger abzufangen, können wir einfach weiterfliegen. Nach etwa 10 Minuten wären wir 40 km horizontal von unserem Ursprungsort entfernt, allerdings schon auf halbem Weg zum Mittelpunkt. Horizontal kommen wir unserem Ursprung nun wieder schnell näher, aber auch dem Mittelpunkt. Nach weiteren 5 Minuten etwa wären wir bis auf unter 300 m an den Mittelpunkt gelangt, nur um in Sekundenbruchteilen extrem zu beschleunigen, ihn mit aberwitziger Geschwindigkeit zu runden und sofort wieder langsamer werden… Und das alles schwerelos. Im Endeffekt würden wir uns auf einer Ellipse bewegen, deren oberer Teil in seeehr guter Näherung der Parabel entspricht.