Wieso schweben Planeten?
Hallo. Ich habe die Frage schonmal meinem Physiklehrer gestellt, doch konnte dieser keine Antwort liefern. Und zwar: Ab etwa 500Km in die Atmosphäre, also in der Exosphäre, ist ja alles schwerelos. Doch wodurch können Planeten die Kraft aufbringen sich oben zuhalten, zu schweben? Weshalb fallen die nicht runter? Denn z.B. eine Rakete der NASA kann ohne Probleme in die Exosphäre einfliegen und wieder rausfliegen. Doch wenn da eine so starke Kraft ist, z.B. magnetisch, die die Planeten oben hält, wieso wird dann nicht auch die Rakete zu den Planeten gezogen? Kraft und Energie müsste ja im Prinzip ausstrahlen. Ich bin m. 17 Jahre alt.
4 Antworten
Hi,
Du schreibst:
Ab etwa 500Km in die Atmosphäre, also in der Exosphäre, ist ja alles schwerelos.
Falsch! Auch in noch größeren Höhen über der Erde würden Gegenstände einfach runter fallen, denn das Gravitationsfeld der Erde ist theoretisch unendlich groß, nur wird die Gravitation mit zunehmendem Abstand immer schwächer. Schwach, aber noch vorhanden!!
Wenn man also einen Gegenstand einfach nur sehr hoch über die Erdoberfläche befördert, ohne ihn relativ zur Erdoberfläche zu beschleunigen (!!) fällt er sogar dann noch runter, wenn er so hoch wäre wir der Mond (theoretisch sogar wenn er so hoch über der Erde wäre, wie der Mars oder einer der anderen Planeten unseres Sonnensystems, nur dass er dann am Anfang sehr langsam Richtung Erdoberfläche beschleunigen würde, und das Gravitationsfeld der Sonne dabei mal außer Acht gelassen).
Der Schlüssel zum Verständnis der Antwort auf Deine Frage ist das Verständnis dessen, was eine Umlaufbahn (Orbitalbahn) bedeutet:
Wirfst Du auf der Erdoberfläche stehend einen Stein in irgend eine Richtung (außer senkrecht nach oben), so wird der Stein in diese Richtung fliegen, und einen Bogen nach unten folgend irgendwann auf der Erdoberfläche landen. Kannst Du Dir dieses Szenario vorstellen?
Wenn Du nun einfach stärker in die selbe Richtung wirfst, wird der Bogen, in welchem der Stein zur Erde fällt, flacher und er kommt darum weiter. Soweit klar, oder?
Wenn Du nun noch stärker wirfst, wird der Bogen eben noch flacher, und der Stein kommt noch weiter, richtig?
Welche Form hat die Eroberfläche? Da sie im Großen gesehen die Oberfläche einer Kugel ist, hat sie eine gebogene Form, und zwar in der selben Richtung gebogen, wie auch der Bogen, in dem der Stein beim Werfen zur Erde fällt. Nur ist der Bogen der Erdoberfläche natürlich viel flacher, als der Bogen, in dem ein von Dir geworfener Stein zur Erde fällt. Und das ist der Grund, warum der Stein überhaupt den Erdboden erreicht, nach dem er geworfen wurde!!
Würde man den Stein nun soooo stark werfen, dass sein Bogen, in welchem er zur Erde fällt (bzw. zu fallen beginnt...), genau dem Bogen entsprechen, den die Erdoberfläche wegen der Kugelform der Erde selbst hat, würde der Stein also erst mal parallel zur Erdoberfläche fliegen, richtig? Der Bogen des Falls des Steins, und der Bogen der Erdoberfläche wären ja gleich!
Natürlich würde er wegen der Abbremsung der Luftreibung dennoch langsamer werden, und der Bogen seiner Flugbahn dadurch stärker gekrümmt, so dass er dann doch zur Erde fallen, bzw. die Erdoberfläche auch irgendwann erreichen würde.
Wäre da aber keine Luftreibung, die ihn bremsen würde, dann würde er auch nicht langsamer werden. In dem Fall würde er - angezogen von der Gravitation der Erde - zwar zur Erde fallen, aber wegen seiner Vorwärtsgeschwindigkeit in einem Bogen, der so flach ist, wie die Krümmung der Erdoberfläche selbst.
Das Ergebnis wäre dann, dass er - angezogen von der Erde - zur Erdoberfläche fällt, aber diese sich im gleichen Maße wie der Bogen seiner Flugbahn unter ihm "weg-krümmt", so dass er die Oberfläche letztlich nicht erreichen könnte und auf diese Weise um die Erde herum FALLEN würde!
Dann wäre er in einer stabilen Umlaufbahn, einem sehr tiefen Erdorbit! Die Geschwindigkeit, die er braucht, damit seine Flugbahn die gleiche Krümmung hat, wie die der Erdoberfläche, nennt man Orbitalgeschwindigkeit, und es gibt zu jeder Höhe eine andere zugehörige Orbitalgeschwindigkeit (die Luft und Luftreibung immer außer Acht gelassen).
Also funktionieren die Umlaufbahnen erst in einer Höhe, wo die Luftreibung so gering wird, dass sie (erst mal) vernachlässigbar ist. Je tiefer die Umlaufbahn, desto mehr Luftmoleküle sind noch vorhanden, und desto öfter müsste man die dadurch entstehende Abbremsung durch leichtes Beschleunigen ausgleichen, um den Orbit stabil zu halten.
Die Planeten befinden sich in Umlaufbahnen um die Sonne, die Monde der Planeten un Umlaufbahnen im ihre Planeten (und die Sonne mit Milliarden anderer Sonnen [Sonnen = Sterne] um das galaktische Zentrum [= Zentrum unserer Galaxie, Milchstraße genannt]).
Mit dem Verständnis dieser Informationen sollte Deine Frage umfassend beantwortet sein, oder?
Hallo Derfreshebub,
schön, wenn Dir das Ganze jetzt klar wird! Nein, ich bin kein Physiker oder Astrophysiker, kein Astronome und auch kein Student dieser Fachbereiche. ;)
Ich bin lediglich Hobby-Astronome und 'Verständnis-Junkie' (das heißt, ich bin sozusagen süchtig danach verstanden zu werden und selbst zu verstehen).
Und keine Angst vor dem Noch-mal-Durchlesen, es ist gar nicht so komplex wie's scheint; ich habe es nur ziemlich ausführlich erklärt (eben um verstanden zu werden, statt ein Ratespiel für den Leser draus zu machen).
Also man muss sich erstmal darüber im Klaren sein, dass die Schwerelosigkeit im Raum eigentlich der Normalzustand (oder Ausgangszustand) ist. Wir leben ununterbrochen auf der Erde sind deshalb ständige Gravitation gewöhnt und halten diese für den Normalzustand. Alles fällt nach unten, wir sind schwer und laufen auf dem Boden.
Dann muss man sich darüber im Klaren sein, dass das All da ganz oben keine Atmosphäre mehr ist sondern leerer unendlicher Raum ganz ohne Schwerkraft. Deshalb würde ein Körper dort auch stillstehen, also eigentlich noch nicht einmal fliegen oder schweben. Er steht halt im Raum herum wenn er nicht durch gravitative Einflüsse oder Energie bewegt werden würde.
Die Satelliten z.B. werden aber nicht ganz aus dem Bereich der Anziehungskraft der Erde gebracht, aber so beschleunigt, dass sie aus der Kombination von Geschwindigkeit und Anziehungskraft der Erde dort für lange Zeit bleiben und nicht abstürzen.
Planeten wiederum drehen sich um die Sonne, die immerhin 99% der Masse des Sonnensystems ausmacht und somit auf alles gravitativ einwirkt. Die Planeten bleiben durch ihre Geschwindigkeit und dieser Anziehungskraft (wie die Satelliten) auf ihren Umlaufbahnen um die Sonne. Wieso sollen sie auch auf die kleine Erde stürzen? Sie ist ein winziger Planet und übt nur wenig Anziehungskraft auf die anderen Körper im Sonnensystem aus. Selbst der Mond entfernt sich von der Erde ein paar cm im Jahr und er wird niemals auf die Erde stürzen.
Planeten sind nicht 'oben'. Sie umkreisen die Sonne und die Fliehkräfte ihrer Bewegung und die Anziehungskraft der Sonne halten sich gerade die Waage.
http://www.wasistwas.de/archiv-wissenschaft-details/warum-umkreisen-die-planeten-die-sonne.html
Kein Wunder, dass Dein Physiklehrer resigniert, wenn Du ihn mit derart unsinnigen Vorstellungen nervst:
Ab etwa 500Km in die Atmosphäre, also in der Exosphäre, ist ja alles schwerelos.
Die sog. "Schwerelosigkeit" ist schon ein irreführendes Wort. Gemeint ist damit die Gewichtslosigkeit von Körpern, die auf keine Unterlage wirken, sich also im freien Fall befinden. In freien Fall befinden sich z.B. Leute zwischen Sprungbrett und Wasseroberfläche oder Flugzeugpassagiere beim Parabelflug. Auch im freien Weltraum sind alle nicht angetriebenen Körper (Raketen oder Raumschiffe können angetrieben werden) im freien Fall, in diesem Sinne also "schwerelos".
Schwerelosigkeit ist ein dynamischer Zustand und keine Ortseigenschaft! Ein "schwereloser" Körper ist (neben der eigenen Trägheit) ausschließlich den Schwerkräften ausgeliefert.
Planeten und sonstige Satelliten kreisen im Gleichgewicht zwischen Gravitation (bzw. Erdanziehungskraft) und Zentrifugalkraft (Trägheit). Magnetische Kräfte spielen dabei keine Rolle.
Auf jeden Fall XD
Danke. Somit wäre meine Frage rund um geklärt. Ich persönlich müsste mir es aber nochmal 1-2 mal durchlesen, um es zu verstehen, da es sehr komplex wirkt. Aber eine Frage hätte ich noch an Sie. Sind Sie ein Physikstudent oder ein gelernter Astrophysiker? Denn Sie konnten mir diese Frage sehr detailliert beantworten:D Dafür bekommen Sie auch den Stern für die Hilfsreichste Antwort!