Frage von ralfneumann1977, 299

Gibt es im Universum einen Ort ohne Gravitationskraft?

Ich habe gelesen, dass die Gravitationskraft pro Einheit Länge in Relation zum Quadrat abnimmt.

Bedeutet dases keinen Ort im Universium gibt an dem die Gravitationskraft = 0 ist?

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von ProfFrink, 193

Ja, es gibt sogar ganz viele Punkte im Universum ohne Gravitationskraft. Einer ist sogar in unserer unmittelbaren kosmischen Nachbarschaft in rund 320.000km Entfernung. Es sind die so genannten Lagrange-Punkte. Es handelt sich dabei um Punkte an denen sich die Gravitationskräfte zweier oder mehrerer Himmelskörper aufheben. Wenn Du genaueres darüber wissen möchtest, dann kannst Du das wikipedieren:

https://de.wikipedia.org/wiki/Lagrange-Punkte

Diese Lagrange Punkte werden sogar von der Raumfahrt ausgenutzt. Man kann dort Sonden positionieren, die dann nicht mehr durch Gravitation abdriften. Diese sind dann nicht mehr Gravitationskraft-Fliehkraft-stabilisiert wie die meisten Orbitalsatelliten, sondern sie sind Gravitationskraft-Gravitationskraft stabilisiert. Ein Lagrange-Punkte zwischen Erde und Mond liegt in etwa 320.000km Entfernung, also nicht in der Mitte zwischen Erde und Mond, sondern deutlich näher am Mond, weil die Erde ein ungleich stärkeres Gravitationsfeld hat.

Des weiteren kannst Du davon ausgehen, dass der interstellare Raum weitgehend gravitationsfrei ist und das obwohl die Graviationskraft eine unendlich große Reichweite hat. Sie nimmt aber wie alle Felder mit dem Quadrat der Entfernung ab. Zusätzlich kommt es auch im interstellaren Raum zu Aufhebungswirkungen aufgrund der weitgehend räumlich gleichverteilten Sternenverteilung.

In den großräumigen Strukturen des Universums hat man so genannte voids entdeckt. Das sind große Gebiete ohne Galaxien und Galaxienhaufen. Einfach unvorstellbare große Leerräume. Da vermute ich auch Nullgravitation.

Kommentar von ralfneumann1977 ,

Hi @ProfFrink, Vielen Dank für deine ausführliche Antwort. Ich habe dazu dann eine weitere Frage, welche ich mir nicht beantworten kann. Gibt es in diesen Lagrange Punkten trotzdem eine Trägheitskraft? Also würde ein Mensch beim Beschleunigen in einem Raumschiff bsp. mit einem Impulsantrieb trotzdem G-Kräfte spüren?

Kommentar von ProfFrink ,

Ja, die Massenträgheitskraft gilt ohne Einschränkungen weiter auch in den Lagrange-Punkten.

Es ist im Grunde auch die Massenträgheitskraft, die Satelliten oder die ISS in ihrer Umlaufbahn hält. Das liegt daran, dass die Fliehkraft, die ja der Erdanziehungskraft entgegenwirken soll auch nur eine Spielart der Massenträgheitskraft ist. 

Für die Raumfahrt bedeutet das, dass überall wo ich gerade nicht so einen seltenen Lagrange Punkt ausnutzen kann die rotatorische Fliehkraft zur Bahnstabilisierung nutzen muss. Man ist dann praktisch zur dauernden Umläufen verdonnert. Sehr lästig für die die weltraumgestütze Astronomie.

Kommentar von wolfgang1956 ,

Wenn sich die Gravitationskräfte zweier Himmelskörper im Lagrange-Punkt neutralisieren oder aufheben, heißt das jedoch nicht, dass dort keine Gravitationskraft existiert! Da sich alle Himmelskörper ständig bewegen, heißt dies auch, dass es diesen Punkt eigentlich nicht geben kann, da sich die Körper ja nicht zwangsläufig exakt auf „ihrer“ Ellipse bewegen, sondern mindestens eine schraubenartige Bewegung stattfindet.

Zur Verdeutlichung:

Unserer Galaxis dreht sich um „ihren“ Zentralpunkt oder -körper. Unsere Sonne dreht sich um unsere Galaxis. Die Erde umkreist die Sonne. Der Mond umkreist die Erde und mit ihr die Sonne.

M.a.W. dieser Lagrange-Punkt ist zwar ein sehr nettes theoretisches Pünktchen, welches man zwar rechnerisch ermitteln kann, das aber als solches bei weitem nicht wirklicher Mühen wert ist, da er sich beständig mit der Umrundung des Mondes um die Erde und mit der Umrundung beider um die Sonne verschiebt. Außerdem beeinflußt die Schwerkraft der Sonne ihrerseits als dritter Himmelskörper die Schwerkraft im Lagrange-Punkt. Darauf würde ich deshalb keinen Penny, Lidl oder Aldi setzen … :-)

Da sind doch die geo-stätionären Umlaufbahnen in ca. 36000 km Höhe über der Erde viel praktischer, weil von dort aus die Satelliten über der Erde scheinbar stillstehen und ihrer gewünschten und sinnvollen Tätigkeit nachgehen … :-)

Eine Professur wird es bei derlei Theorien kaum geben … :-)

Kommentar von ProfFrink ,

Diese Lagrange Punkte werden von bestimmten Sonden tatsächlich genutzt. Sogar das James-Webb Teleskop soll in L2 positioniert werden. Es kommt eben immer auf das Missionsziel an. Geostationäre Umlaufbahnen fürs Fernsehen, nichtgeostationäre Umlaufbahnen für flächendeckende Erdbeobachtungen. Es gibt sogar einen Friedhofsorbit jenseits der geostationären Umlaufbahnen.

Aber diese Langrange Punkte werden für astronomische Beobachtungen gerne genutzt, weil sie so schön weit von der Erde und deren Störwirkungen entfern sind. Ausserdem sin die Umlaufperioden langsamer, was die Astronomen besonders freut. Einziger Nachteil: Diese Teleskope können zu Servicezwecken nicht mehr angeflogen werden werden. Beim Hubble-Teleskop hat man sich sogar zweimal einen bemannten Besuch erlaubt. - Also: Es handelt sich nicht nur um theoretische Pünktchen. Eine überschlagsmässige feldtheoretische Nachrechnung ergibt, dass es sich in Wahrheit um recht ausgedehnte Gebiete jedoch mit instabilen Gleichgewicht handelt. D. h. Sonden bedürfen der regelmäßigen Bahnkorrektur.

Ich bin auch kein richtiger Professor, sondern habe mir diese Figur aus der Simpsons Serie entliehen, wo der Professor Neidelboom Frink als ein etwas kauziger Tüftler dargestellt wird. Einziges gemeinsame Merkmal ist, dass ich als Ingenieur auch mit Technik zu tun habe.

Kommentar von NutzlosAlpha ,

M.a.W. dieser Lagrange-Punkt ist zwar ein sehr nettes theoretisches Pünktchen, welches man zwar rechnerisch ermitteln kann,

Es ist nicht nur ein Punkt, sondern gleich fünf an der Zahl. Davon werden L1 und L2 aktiv genutzt, während L3, L4 und L5 theoretisch genutzt werden können. L4 und L5 sind dabei sogar dauerhaft stabil gegenüber Bahnstörungen. Alle Lagrangepunkte bewegen sich natürlich mit den Objekten mit, sonst könnte ja kein Kräftegleichgewicht zwischen den sich bewegenden Körpern herrschen. Bei  den meisten Planeten wurden koorbitale Objekte beobachtet, inklusive der Erde. Jupiter hat gar ganze Schwärme von Asteroiden an den Punkten L3, L4 und L5.

Unserer Galaxis dreht sich um „ihren“ Zentralpunkt oder -körper. Unsere Sonne dreht sich um unsere Galaxis. Die Erde umkreist die Sonne. Der Mond umkreist die Erde und mit ihr die Sonne.

Nein. Die galaktische Scheibe dreht sich um den galaktischen Kern, wobei man man einzelne Sterne nicht mehr als Keplerobjekte betrachten kann, weil sie sich einander gravitativ beeinflussen und auch von den Dichtewellen der Galaxis beeinflusst werden. Mitnichten dreht sich die Sonne um sowas wie einen Zentralpunkt bzw Zentralkörper, welcher strengenommen nicht existiert.

Selbst wenn man es im weiteren Sinne fasst, ist die Aussage nicht richtig, denn Sagittarius A ist bestenfalls 4,5 Mio. Sonnenmassen schwer und hat damit vielleicht 1/1000 der Masse des galaktischen Kerns. Genau sagen kann man das allerdings nicht, denn dazu müsste man sowohl masse als auch Masseverteilung der Milchstraße genau kennen.

Da sich alle Himmelskörper ständig bewegen, heißt dies auch, dass es diesen Punkt eigentlich nicht geben kann, da sich die Körper ja nicht zwangsläufig exakt auf „ihrer“ Ellipse bewegen, sondern mindestens eine schraubenartige Bewegung stattfindet.

Mit der selben Begründung dürfte die Erde dann keinen Mond haben, weil der sich ja von der Sonne gesehen in einem Spiralförmigen Orbit befindet. Tatsächlich sind die Lagrangepunkte nichtmal spiralförmig - eben weil sie koorbital mit dem kleineren Körper sind. Dafür kann man aber Objekte um die Lagrangepunkte kreisen lassen, und zwar sogar senkrecht zur Bahnebene des kleinen Körpers, bei L4 und L5 können sich Objekte sogar in alle Richtungen frei bewegen.

Hier jetzt aber Himmelsmechanik zu erklären würde aber den Rahmen sprengen, dafür kannst du dir den Wikipediaartikel antun, falls du das wünschst.

sondern mindestens eine schraubenartige Bewegung stattfindet.

Zur Verdeutlichung:

Unserer Galaxis dreht sich um

Davon mal abgesehen gibt's auch Hyperschnellläufer, die unsere Galaxie verlassen und prinzipiell nicht anders aufgebaut sind als andere Sternensysteme. Deine Verdeutlichung, warum Lagrangepunkte nicht existieren können ist damit ebenfalls hinfällig.

Eine Professur wird es bei derlei Theorien kaum geben

Eine Professur ist kein akademischer Grad...

Antwort
von ProfFrink, 154

Ach, ich habe noch was vergessen. Auch im Mittelpunkt der Erde und im Mittelpunkt aller kugelförmigen Himmelskörper herrscht Nullgravitation, weil es zu einer 100%igen Richtungsaufhebung aller Gravitationskräfte kommt. Paradox ist dabei nur, dass in den Zentren von kugelförmigen Himmelskörpern einerseits Schwerelosigkeit herrscht, aber gleichzeitig ein unvorstellbar großer Druck herrscht.

Kommentar von ralfneumann1977 ,

Hat das etwas mit der Corioliskraft zu tun?

Kommentar von ProfFrink ,

Nein, überhaupt nicht. Die Corioliskraft ist etwas ganz anderes. Die Corioliskraft ist eine Spielart der Fliehkraft und damit auch wiederum allein Wirkung der Massenträgheitskraft. Die Corioliskraft ist auch ein dynamischer Effekt, der Bewegung voraussetzt. 

Die Schwerelosigkeit im Erdinneren ist ein rein statischer Effekt und beruht auf der Aufhebungswirkung aller kugelförmig verteilten Richtungsanteile der Massenanziehung.

Kommentar von NutzlosAlpha ,

Deine Antworten sind so nicht richtig. Der Ausgleich von Kräften aus verschiedenen Richtungen ist ein Kräftegleichgewicht - und nicht die Abwesenheit von Kräften. Die Lagrangepunkte sind daher keineswegs frei von Gravitation, nur wirken die Kräfte der zwei beteiligten Körper in einer Art und Weise, dass sie sich aufaddieren (L2, L3) oder aufheben (L1, L4, L5).

Selbst wenn man davon absieht, so herrscht immer noch die Gravitation der Sonne und, wenn auch vernachlässigbar die der Planeten und Kleinkörper im Sonnensystem.

Dasselbe gilt für den Erdkern und im weiteren Sinne für die alle anderen Körper im Sonnensystem. Im Zentrum herrscht nicht Nullgravitation, sondern Kräftegleichgewicht. Du selbst schreibst ja:

Die Schwerelosigkeit im Erdinneren ist ein rein statischer Effekt und beruht auf der Aufhebungswirkung aller kugelförmig verteilten Richtungsanteile der Massenanziehung.

Deine Schlussfolgerung daraus ist aber falsch. Statt Nullgravitation herrscht Beschleunigung in alle Richtungen. Der Unterschied mag zunächst trivial erscheinen, dass ist er aber nicht, wie man am Beispiel eines zum Tode durch Vierteilen Verurteilten erkennen kann.

Wenn die Gliedmaßen bis zum Zerreissen angespannt werden, herrscht eben nicht Kräftefreiheit, sondern Kräftegleichheit, bis der Körper dann schließlich zerfetzt wird.

Damit löst sich dann auch das Paradoxon des unglaublich hohen Drucks im Zentrum auf, denn angenommen man befände sich im Zentrum, so würde die Erdhälfte Rechts und Links immer noch aufeinander zubeschleunigen, ebenso wie die Hälften über und unter sowie vor und hinter dir.

Zusätzlich kommt es auch im interstellaren Raum zu Aufhebungswirkungen aufgrund der weitgehend räumlich gleichverteilten Sternenverteilung.

Das ist dasselbe in grün, aber ich bin mir recht sicher, dass du das Prinzip kapiert hast. Nicht Kräftefreiheit, sondern Kräftgleichheit. Davon allerdings abgesehen liegst du trotzdem falsch, und zwar wegen mehreren Gründen:

- zum einen wegen Dichtewellen die sich durch die Galaxie bewegen und dabei die Sternenkonzentration erhöhen und damit auch die lokale Gravitation. Darüber hinaus verursachen sie auch die Spiralform der Galaxie; darauf jetzt weiter einzugehen würde aber den Rahmen sprengen.

- außerdem wegen der Schwerebeschleunigung des galaktischen Kerns, die alles andere als unerheblich ist.

- und wegen der (zugegeben sehr gleichförmig verteilten) dunklen Materie.

In den großräumigen Strukturen des Universums hat man so genannte voids entdeckt. Das sind große Gebiete ohne Galaxien und Galaxienhaufen. Einfach unvorstellbare große Leerräume. Da vermute ich auch Nullgravitation.

Es mag Pedanterie sein, aber wie du selbst sagst hat Gravitation eine unendlich hohe Reichweite. Ein Zuckerkristall im Ozean mag auch im Prinzip nichts sein, aber letztlich bleibt es doch ein Zuckerkristall. auch in Voids ist Gravitation vorhanden, mag sie noch so schwach sein. Davon abgesehen sind Voids auch nicht wirklich völlig leer, es können sich durchaus Galaxien darin befinden, wenn auch erheblich weniger als in den Filamenten. Außerdem sind Voids erfüllt von extrem feinverteiltem Gas.

LG, NA

Kommentar von weckmannu ,

Die Unterscheidung von Kräftegleichgewicht und Nullgravitation ist seit der Entdeckung der Relativitätstheorie nicht mehr zulässig. Das Fehlen von Beschleunigungskraft ist ein Zustand, der unabhängig von verursachenden Kräften beschrieben werden kann.

Kommentar von ProfFrink ,

Aah, danke für die Ehrenrettung. Dann bin ich ja rehabilitiert. Ich habe mich die ganze Zeit gefragt, wie man das denn messtechnisch unterscheiden könnte, ob ich mich in einem Gebiet echter Nullgravitation befinde oder ob lokale Aufhebung vorliegt.

Streng genommen müsste man auch die Umgebung von Orten (ich drücke mich vorsichtig aus) verschwindender Gravitation untersuchen. Gibt es einen Gradienten, dann befinde ich mich an einem Ort destruktiver Überlagerung. Gibt es keinen Gradienten, dann ist wirklich nichts da.

Kommentar von weckmannu ,

Das Beispiel der Vierteilung ist verfehlt, weil sich dabei nicht Felder über lagern und gegenseitig aufheben, sondern im Inneren des Körpers herrscht eine mechanische Spannung, die vom Gewebe aufgefangen werden muß. Im Erdmittelpunkt hingegen herrscht keine Spannung, die zu einer Expansion führen könnte, das Gegenteil ist dort gegeben. Das Material wird stark komprimiert durch den ungeheuren Druck. Trotzdem herrscht genau im Schwerpunkt des Systems Erde-Mond Schwerelosigkeit.

Antwort
von dompfeifer, 95

Nein. Gravitation herrscht natürlich an jedem Ort, jeweils mit Bezug auf umgebende Massen und ihre Entfernungen. Im Mittelpunkt der Erde z.B. (wie sich das z.B. ProfFrink hier vorstellt) ist zwar die Gravitation der Erdmasse aufgehoben, aber nicht die Gravitation in Bezug auf zahllose andere Körper im Weltall. Da kann es keinen "Nullpunkt" geben.

Antwort
von weckmannu, 70

Es gibt viele Orte, wo sich Gravitationskräfte gegenseitig aufheben. Sie liegen in der Nähe der Lagrangepunkte, z.b. zwischen Erde und Mond o der Sonne und Erde. Da gleichzeitig die Einflüsse der übrigen Planeten in geringerem Maß Einfluss ausüben, schwanken sie ein wenig. Trotzdem sind die Positionen L4 und L5 so stabil, daß auch für einen längeren Aufenthalt von Sonden keine Stabilisierung sdüsen nötig sind.

Antwort
von wolfgang1956, 57

Gibt es im Universum einen Ort ohne Gravitationskraft?

Nein. Siehe Artikel in der Wikipedia … :-)

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