Die Schwerkraft, der Schutzschild der Erde

Der Mensch lebt unter dem Einfluss der Schwerkraft. Nicht nur Äpfel fallen von den Bäumen, sondern alle Gegenstände von oben herab. Wir versuchen, hoch in die Luft zu springen, aber wir bleiben nicht einmal für ein paar Sekunden dort; wir fallen sofort wieder herunter, weit davon entfernt, den Himmel zu erreichen. Wir spüren sie nicht, weil wir immer unter deren Einfluss leben, aber wir werden immer von der Anziehungskraft eingeholt. Selbst in diesem Moment wirkt die Gravitationskraft ständig auf die Bäume, die Stühle, die Luft usw.

Die Menschheit hat schon seit Langem keine Mühen gescheut, um der Schwerkraft zu entkommen. Im Jahr 1783 fuhren die Gebrüder Montgolfier mit einem Heißluftballon in den Himmel. Etwa 100 Jahre später erfanden die Gebrüder Wright die ersten Motorflugzeuge. Nun sind wieder 100 Jahre vergangen, und die moderne Zivilisation, die sich noch weiter entwickelt hat, hat Überschall- oder Riesenflugzeuge erfunden. Die Menschheit, die den Boden verlassen hatte, träumte davon, in den Weltraum zu reisen, der sich völlig außerhalb der Erdanziehung befindet. Ihr Wunsch führte zur Entwicklung einer Rakete und zum Bau eines bemannten Raumschiffs und der internationalen Raumstation.

Was genau ist Schwerkraft?

Was ist Schwerkraft? Die Schwerkraft ist die Kraft, die Objekte zum Mittelpunkt der Erde zieht. Um über die Schwerkraft Bescheid zu wissen, müssen wir das Gesetz der universellen Gravitation verstehen. Die universelle Gravitation ist die Gravitation, die zwischen allen Objekten im Universum wirkt. Die universelle Gravitation ist proportional zur Masse und umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung, d. h. ihre Stärke nimmt zu, je größer die Masse ist und je näher sie ist.

Denken wir an den Apfelbaum, von dem Newton das Gesetz der universellen Gravitation abgeleitet hat. Die Äpfel ziehen die Erde an, und die Erde zieht die Äpfel an. Die Kraft der Erde, die die Äpfel anzieht, und die Kraft der Äpfel, die die Erde anziehen, sind nach dem Gesetz von Aktion und Reaktion gleich groß. Da aber die Masse eines Apfels viel kleiner ist als die der Erde, fallen die Äpfel zur Erde.

Die universelle Gravitation wirkt nicht nur zwischen der Erde und den Äpfeln, sondern auch zwischen der Erde und dem Mond, zwischen der Sonne und der Erde und zwischen Galaxien. Newton entwarf ein Konzept der universellen Gravitation, indem er die Schwerkraft der Erde auf das Universum ausdehnte. Die universelle Gravitation und die Schwerkraft sind im Grunde dasselbe Konzept, denn die universelle Gravitation hat lediglich die Bedeutung, dass sie ein allgemeines Gesetz des Universums ist.

Wir nennen die Größe der Schwerkraft Gewicht. Die Menschen verwechseln oft Masse und Gewicht. Die Masse ist jedoch ein Wert, der sich nicht ändert, während sich das Gewicht je nach der auf das Objekt wirkenden Schwerkraft ändert. Ein Mann, der auf der Erde 60 kg wiegt, wiegt auf dem Mond beispielsweise 10 kg, weil die Schwerkraft auf dem Mond 1/6 der Schwerkraft auf der Erde beträgt.

Der schwerelose Weltraum, der so anders ist als die Erde

Die meisten Menschen denken, dass es im Weltraum keine Schwerkraft gibt. Es gibt jedoch viele Himmelskörper im Weltraum und überall herrscht Schwerkraft. Schwerelosigkeit ist also kein Zustand ohne Schwerkraft, sondern ein Zustand mit sehr schwacher Schwerkraft, weil er weit von Himmelskörpern entfernt ist, oder ein Zustand, in dem man die Schwerkraft nicht spürt, weil viele Kräfte ausgeglichen werden.

Im Weltraum, wo es keine Schwerkraft gibt, schwebt ein Objekt umher, anstatt in eine Richtung zu fallen, und unsere Körper schweben, obwohl wir uns nicht anstrengen, und wir können uns leicht drehen, wenn wir uns nur ein wenig anstrengen. Flüssigkeiten schwimmen aufgrund der Oberflächenspannung als runde Tropfen umher. Wir können also kein Wasser trinken, ohne einen Strohhalm zu benutzen. Da es keine Konvektionsströme gibt, gehen Kerzen leicht aus, und es ist nicht einfach, Wasser oder Öl mit Feuer zu kochen. Im Weltraum können wir keine Nudeln oder Pommes frites zubereiten, die auf der Erde gängige Speisen sind.

Im Zustand der Schwerelosigkeit kommt es zu vielen Veränderungen im Körper. Die Raumfahrer werden etwa 3 % größer als auf der Erde. Die nationale Luft- und Raumfahrtbehörde [NASA] fertigte Raumanzüge an, die der Körpergröße der Raumfahrer entsprachen, die auf der Erde für ihren ersten Raumflug gemessen wurden. Im weiteren Verlauf ihres Lebens im Weltraum wurden die Raumanzüge jedoch zu klein, sodass sie sich nicht mehr frei bewegen konnten. Das lag daran, dass sie durch die Schwerelosigkeit größer wurden, was sich auf die Wirbelsäule auswirkte.

Darüber hinaus wird die Taille dünner, da die inneren Organe nach oben wachsen, und die Muskeln werden schwach, weil sie nicht gegen die Schwerkraft ankämpfen müssen. Da Kalzium aus den Knochen austritt, steigt die Gefahr von Osteoporose, und etwa 1 % des Kalziums der gesamten Knochen geht während eines Monats im Weltraum verloren.

Die Gesichter von Raumfahrern, die sich im Weltraum aufhalten, verändern sich und werden sehr rund. Man nennt das „Mondgesicht“. Eine der wissenschaftlichen Aufgaben des koreanischen Astronautenprogramms war die „Erforschung der Gesichtsveränderungen von Raumfahrern“. In der Schwerelosigkeit verteilt sich das Blut gleichmäßig, und das Gesicht schwillt an. Auf der anderen Seite werden die Beine dünn, da sie viel Blut verlieren.

In der Schwerelosigkeit nimmt die Produktion der roten Blutkörperchen ab, sodass das Blut wässrig wird und die Sauerstoffversorgung des Blutes drastisch abnimmt. Außerdem gibt es keinen Unterschied zwischen oben und unten, weshalb sie den Orientierungssinn verlieren und unter der Raumkrankheit leiden. Diejenigen, die in den Weltraum fliegen, durchlaufen auf der Erde ein strenges Training, um auf diese Situation vorbereitet zu sein, aber manchmal leiden sie auch nach ihrer Rückkehr auf die Erde unter Nebenwirkungen wie Gehproblemen.

Die Bedeutung der Schwerkraft

Der Film Gravitation beschreibt den Weltraum sehr realistisch. Der Film lässt die Zuschauer die Bedeutung der Schwerkraft spüren, anstatt ihnen ein Gefühl der Freiheit von der Schwerkraft zu vermitteln. Als die Hauptfiguren des Films ihren Aufgaben im Weltraum nachgehen, wird das Raumschiff, das sie mitgenommen haben, von Weltraumtrümmern¹ zerstört, die mit großer Geschwindigkeit auf sie zurasen. Die Hauptfigur, die allein im Weltraum zurückbleibt, wo es keine Schwerkraft gibt, an der sie sich festhalten kann, und keine Luft zum Ein- und Ausatmen, kämpft gegen die Schwerelosigkeit und versucht, zur Erde zurückzukehren.

1. Weltraummüll: die Ansammlung von nicht mehr existierenden, von Menschen hergestellten Objekten im Weltraum. Es gibt viele Arten von Weltraummüll, z. B. alte oder kaputte Satelliten, Werkzeuge, die Raumfahrer bei ihrer Arbeit im Weltraum verlieren, und sogar ein Stück Farbe. Der Weltraumschrott kreist in einer bestimmten Umlaufbahn um die Erde. Da er sich mit einer großen Geschwindigkeit von 7 km/s bewegt, hat selbst ein kleines Fragment eine enorme Kraft.

Auf der Erde bleibt ein Objekt sofort stehen, selbst wenn eine Kraft auf es ausgeübt wird. Das liegt an der Reibung, die entsteht, wenn das Objekt mit der Luft zusammenstößt und durch die Schwerkraft auf die Oberfläche trifft. Im Gegensatz dazu können wir im Weltraum nicht einmal einfache Dinge tun, wie z. B. die Richtung des Körpers ändern oder uns bewegen oder anhalten. Der Weltraum ist eine schwerelose Welt, in der man die Schwerkraft im Gegensatz zur Erde nicht spürt, und er ist dem Vakuum nahe, in dem es fast keine Substanz gibt. Aus diesem Grund versucht ein Objekt, sobald es sich mit einer Kraft im Raum bewegt, seinen Zustand für immer beizubehalten. Mit anderen Worten: Wenn man einmal in den dunklen Raum geschleudert wird, wird man für immer durch den Raum reisen und nie wieder zurückkommen können.

Wenn wir das gesamte Universum betrachten, können wir die Bedeutung der Schwerkraft umso mehr erkennen. So wie der Mond von der Schwerkraft der Erde gehalten wird, kreisen die Planeten im Sonnensystem um die Sonne, gehalten von der Schwerkraft der Sonne. Die Schwerkraft hat die Aufgabe, alle Himmelskörper an ihrem Platz zu halten. Wenn die Schwerkraft plötzlich verschwindet, verlässt der Mond, der die Erde umkreist, die Erde, und die gesamte Atmosphäre, die von der Schwerkraft gehalten wird, geht ebenfalls verloren. Ausgehend von den sonnennahen Planeten werden die Planeten den Einfluss der Sonnengravitation verlassen und in den fernen Weltraum geschleudert, und auch die Galaxien werden ihre Bahnen verlassen. Wenn die Schwerkraft, die das ganze Universum zusammenhält, verschwindet, wird sich das Universum schnell ausdehnen und am Ende wird alles verstreut sein.

Die Welt ohne Schwerkraft ist kein Raum der Freiheit, von dem die Menschheit geträumt hat, sondern ein äußerst gefährlicher Raum, in dem die Menschen nicht überleben können. Die Schwerkraft bindet die Menschen nicht, sondern ist ein Schutz für das Raumschiff namens Erde, das sich mit einer Geschwindigkeit von 30 km/s durch den Raum bewegt. Dank der Schwerkraft können wir uns auf der Erde frei nach unserem Willen bewegen, ohne in den Weltraum davonzufliegen. Dennoch träumt die Menschheit von der vollkommenen Freiheit, die nicht an die Schwerkraft gebunden ist, und stellt sich mit beiden Beinen auf dem Boden der Erde eine unendliche Universumswelt vor.

Quellenangabe

Treffen der Wissenschaftslehrer, 101 wissenschaftliche Fragen, die sich sogar Wissenschaftslehrer stellen (auf Koreanisch), Book Mentor, 2010

Go Ho-gwan, Unser Schicksal in einer Welt ohne Schwerkraft (auf Koreanisch), Science Donga (März, 2013)

Oh Ga-hee, Der Schwerkraft der Erde sei Dank! (Auf Koreanisch) Science Donga (November 2013)

Kim Hyeong-ja, Warum riskieren Physiker ihren Hals für die Schwerkraft? (Auf Koreanisch) Weekly Chosun (November 5, 2013)