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Wie schnell muss man sein, um die Erde zu verlassen? Sehr schnell! Und wie schnell, wenn man ganz aus dem Sonnensystem hinaus fliegen will? Noch schneller! Wer genau wissen will, wie das mit der “kosmischen Geschwindigkeit” funktioniert, sollte die neue Folge der Sternengeschichten hören!
Die Folge könnt ihr euch hier direkt als YouTube-Video ansehen oder direkt runterladen.
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Am einfachsten ist es, wenn ihr euch die “Sternengeschichten-App” fürs Handy runterladet und den Podcast damit anhört.
Die Sternengeschichten gibts natürlich auch bei iTunes (wo ich mich immer über Rezensionen und Bewertungen freue) und alle Infos und Links zu den vergangenen Folgen findet ihr unter https://www.sternengeschichten.org.
Transkription
Sternengeschichten Folge 151: Kosmische Geschwindigkeit!
Wie fliegt man in den Weltraum? Schnell! Anders geht es nicht – die Erde hat etwas dagegen, dass ihre Bewohner sich im Kosmos herum treiben. Sie hält uns fest, und zwar mit ihrer Gravitationskraft. Das lässt sich sehr leicht demonstrieren. Man nimmt zum Beispiel einen Stein und wirft ihn in die Luft. Das Resultat ist bekannt: Der Stein fällt wieder zurück auf die Erde. Man kann den Stein fester und schneller werfen und er wird höher und weiter fliegen und länger in der Luft bleiben. Aber früher oder später wird er wieder auf dem Boden landen.
Es sei denn, man wirft den Stein wirklich schnell. Isaac Newton hat als einer der ersten ein entsprechendes Gedankenexperiment gemacht. Er stellte sich eine große Kanone vor, die eine Kugel mit hoher Geschwindigkeit abfeuern kann. Je schneller die Kugel ist, desto weiter fliegt sie auch. Und wenn man sie richtig schnell abfeuert, dann fliegt sie nicht nur weit; dann fliegt sie um die gesamte Erde herum und landet wieder an ihrem Ausgangspunkt.
Die Geschwindigkeit, die dafür nötig ist, lässt sich leicht berechnen, wenn man weiß wie stark die Gravitationskraft auf der Erde wirkt und das wusste Isaac Newton ja besser als jeder andere. Er kam zu dem Ergebnis, dass die Kanonenkugel genau 7,91 Kilometer pro Sekunde schnell sein muss, um einmalum die Erde herum zu fliegen. Natürlich ist die Sache in der Realität komplizierter. Die Lufthülle unseres Planeten würde die Kanonenkugel sehr schnell abbremsen, so dass sie schon viel, viel früher zu Boden fällt. Die Gravitationskraft wirkt auch nicht überall auf dem Planeten gleich stark; es gibt kleine Variationen die auf eine nicht ganz gleichmäßige Verteilung der Masse im Inneren der Erde zurück zu führen sind, wie ich schon in Folge 146 der Sternengeschichten erzählt habe.
Aber als Näherung funktioniert Newtons Ansatz schon recht gut und die Geschwindigkeit die er berechnet hat, nennt man auch die Erste Kosmische Geschwindigkeit. Alles, was sich mindestens so schnell bewegt, fällt tatsächlich nicht mehr auf den Boden der Erde zurück. Aber man befindet sich dann immer noch im Griff der irdischen Gravitationskraft! Die Kugel fällt immer noch ständig Richtung Erdboden. Aber weil sie sich gleichzeitig auch so enorm schnell vorwärts bewegt und die Erde ja bekanntlich eine Kugel ist, krümmt sich der Boden ebenso schnell unter der Kugel hinweg. Sie fällt also nicht auf die Erde, sondern um die Erde herum. Darum spricht man ja auch vom “freien Fall”, wenn man beschreiben will, wie sich beispielsweise Raumschiffe oder Astronauten im Weltraum bewegen. Sie fallen tatsächlich ständig, aber eben so schnell, dass sie den Boden nicht treffen sondern immer in Bewegung um die Erde herum bleiben.
Aber was, wenn es einem nicht reicht, einfach nur immer um die Erde herum zu kreisen? Wenn man sie wirklich verlassen will? Dann muss man selbstverständlich noch schneller werden. Könnte die Kanone ihre Kugel mit einer Geschwindigkeit von 11,2 Kilometer pro Sekunde abfeuern, würde sie nicht nur nicht mehr zurück auf die Erde fallen. Sie wäre nun auch der Gravitationskraft der Erde entkommen. Mit der ersten kosmischen Geschwindigkeit von vorhin kann man zwar verhindern, das die Kugel auf den Planeten fällt. Aber sie kann die Bahn um die Erde herum auch nicht verlassen, da die Gravitationskraft der Erde immer noch stark genug ist, um sie nicht entkommen zu lassen.
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