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2023 | Book

Die Erde

Raumreisen

Author: Manfred Gottwald

Publisher: Springer Berlin Heidelberg

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About this book

Vor fast 90 Jahren konnte man erstmals in fotografischer Realität sehen, was sich durch Jahrhunderte moderner Wissenschaft etabliert hatte – die Erde zeigte ihre Kugelgestalt anhand eines gekrümmten Erdhorizonts. Das sich danach langsam anschließende Raumfahrtzeitalter eröffnete weitere Möglichkeiten. Unser Heimatplanet ließ sich zunächst aus niedriger Umlaufbahn beobachten; etwas später sogar aus der Distanz des Mondes. Die interplanetaren Raumflüge verschoben unseren Standpunkt schließlich weit hinaus in den Weltraum, von wo aus Ansichten der Erde und ihres Mondes zeigten, wie wir Teil des Sonnensystems sind.

Das Buch führt uns auf eine Reise weg von der Erde mit ständig zurück zu ihr gerichteten Blicken. Diese Reise beginnt mit dem Aufstieg in die Stratosphäre, gefolgt von mühevollen Versuchen, den Weltraum zu erreichen. Sobald die Fähigkeit zu erdnahen Orbits, unbemannt und bemannt, vorhanden war, entwickelten sich rege Raumfahrtaktivitäten in diesen Regionen. Weitere Etappen erreichten die geostationäre Umlaufbahn und den Mond. Die interplanetaren Flüge ließen uns inzwischen einen Großteil des Sonnensystems kennenlernen. Gerade diese Missionen zeigten uns, wie einzigartig unsere Erde ist. Ein aus mehr als sechs Milliarden Kilometern übermitteltes Foto, der „Pale Blue Dot“, erinnert uns immer wieder daran.

Table of Contents

Frontmatter
Erdansichten - Von der Fiktion zur Realität
Zusammenfassung
Die Erkenntnis, dass die Erde eine Kugel ist und sich in 24 Stunden einmal um ihre Achse dreht, gehört heute gehört zum naturkundlichen Grundwissen. Bei größerem Interesse weiß man vielleicht noch, dass der Durchmesser der Erde annähernd 12750 km beträgt und sie die Sonne in einem Abstand von 150 Millionen km umrundet. Was heute trivial und logisch erscheint, war es lange Zeit nicht. Erst seit Beginn des modernen naturwissenschaftlichen Denkens in der Renaissance hat sich dieses Bild der Erde im Laufe der letzten Jahrhunderte etabliert. Das heliozentrische Weltbild von Nikolaus Kopernikus konnte nicht mehr einfach ignoriert werden und leitete den Anfang vom Ende der geozentrischen Betrachtungsweise ein. In der Folgezeit, das Teleskop war erfunden, gelang es allmählich, Näheres über unser Sonnensystem in Erfahrung zu bringen. Auch erlaubte die sich entwickelnde Physik, die Bewegung von Planeten und Monden innerhalb dieses Systems zu verstehen und schließlich stellte die moderne Astronomie die Sonne und ihre Planeten in den korrekten kosmischen Zusammenhang.
Manfred Gottwald
Nahe am Weltraum - Aller Anfang ist schwer
Zusammenfassung
Wo beginnen wir unsere Reise weg von der Erdoberfläche hin zum Planeten Erde? Es bietet sich an, als erste Etappe einen Schritt zu wählen, der nicht zu weit führt und eigentlich mit relativ wenig Aufwand durchgeführt werden kann. Wir werden deshalb in der ersten Etappe nur versuchen in Höhen zu gelangen, aus der man zumindest die Kugelgestalt unseres Heimatplaneten anhand der Krümmung des Horizonts erkennen kann. Um diese Krümmung nachzuweisen, sind einige Voraussetzungen zu erfüllen. Wir benötigen einen erhöhten Standpunkt und die Horizontlinie sollte flach und nicht durch Berg- oder Hügelketten moduliert sein. Dazu kommt eine möglichst klare Sicht ohne Eintrübung, damit die Grenze Erde/ Himmel klar definiert ist. Und schließlich brauchen wir ein weites Gesichtsfeld, damit das Absinken des Horizonts links und rechts vom höchsten Punkt in der Mitte deutlich hervortritt. Wären alle Bedingungen optimal erfüllt – was in der Realität kaum vorkommt, sollte sich die Krümmung des Erdhorizonts ab einer Höhe von mehr als 10 km präsentieren.
Manfred Gottwald
Ballistische Flüge - Weg von der Erde
Zusammenfassung
Die einzige Möglichkeit, sich der Grenze zum Weltraum zu nähern war, eine Methode zu nutzen, die ohne Vorhandensein einer Atmosphäre auskommt. Damit schieden noch höhere Ballonaufstiege oder auch Flugzeuge mit herkömmlichen Antrieben aus. Es blieb einzig die bereits rudimentär existierende Raketentechnik. Erstmals erreichte Anfang der 1940-er Jahre die in Deutschland entwickelte erste Großrakete mit der Bezeichnung V2 Höhen, welche nahe an die Grenze zum Weltraum bei 100 km heranreichten. In die Entwicklung dieses Fluggerätes flossen bis 1945 die Vorarbeiten der Raketenpioniere des frühen 20. Jahrhunderts ein. Diese Rakete stieß in Höhen vor, die damals noch kein technisches Gerät geschafft hatte. Auch lag die maximale erreichte Geschwindigkeit mit 5500 km pro Stunde deutlich jenseits des zu jener Zeit üblicherweise Möglichen. Es dauerte jedoch noch einige Jahre, bis Erddarstellungen aus ballistischen Raketenflügen möglich wurden.
Manfred Gottwald
Unbemannter niedriger Erdorbit - Unter ständiger Beobachtung
Zusammenfassung
Ballistische Raketenflüge hatten uns die ersten Bilder der Erde aus dem Weltraum geliefert. Um den Globus ständig aus dem erdnahen Weltraum sondieren zu können, mussten die jeweiligen Instrumente die Erde oberhalb der Atmosphäre umkreisen. Dazu benötigte man künstliche Erdsatelliten. Insbesondere das amerikanische Militär führte Studien durch, die sich mit der Machbarkeit künstlicher Erdtrabanten befassten. Nützliche Anwendungen waren natürlich militärischer Natur. Daneben sollten auch für die Wissenschaft genügend Informationen abfallen, wie neue Erkenntnisse über den erdnahen Weltraum oder vom Erdboden aus unzugängliche Forschungsbereiche der Astronomie. Den Durchbruch brachte das Jahr 1950, als eine Gruppe von Wissenschaftlern die Idee für ein Internationales Geophysikalisches Jahr postulierte. Diese Idee wurde tatsächlich von den verantwortlichen Organisationen aufgegriffen und schließlich in den Jahren 1957/1958 umgesetzt. Die Pläne für das Internationale Geophysikalische Jahr enthielten auch die Empfehlung, einen künstlichen Erdsatelliten zu entwickeln und mit dessen Hilfe Messgeräte in den erdnahen Orbit zu tragen.
Manfred Gottwald
Bemannter niedriger Erdorbit - Schöne Aussichten
Zusammenfassung
Erdansichten, aufgenommen von Automaten, sind hochinteressant, befriedigen aber die menschliche Neugier nicht vollständig. Es steht immer die Frage im Raum, wie ein Mensch die Erde aus dem Weltraum sieht und was seine Eindrücke dabei sind. Die Beantwortung dieser Fragen wäre natürlich bei weitem nicht Antrieb genug gewesen, um einen Astronauten oder Kosmonauten in kleinen Raumkapseln ins Weltall zu befördern und sie von dort wieder sicher zur Erde zurückzubringen. Der Wunsch zu zeigen, dass das eigene System besser ist als das des vermeintlichen Gegners befeuerte in Zeiten des Kalten Krieges das Streben nach „immer höher, immer weiter“. Auch technischer Optimismus ließ an eine Eroberung des Weltraums glauben, der die Anwesenheit des Menschen außerhalb der Erdatmosphäre notwendig erscheinen ließ. Die Ankündigung John F. Kennedys 1961 einer erfolgreichen Mondlandung eines US-Amerikaners bis zum Ende des Jahrzehnts hatte das Rennen zum Mond offiziell eröffnet und die bemannte Raumfahrt endgültig zu einem der Schwerpunkte im Raumfahrtprogramm auf amerikanischer und russischer Seite gemacht.
Manfred Gottwald
Geostationärer Orbit - Ein Blick fürs Ganze
Zusammenfassung
Möchte man die gesamte Erde als Ganzes frei schwebend sehen, muss man seinen Standort von den niedrigen Höhen der erdnahen Bahnen weiter in den Weltraum verlagern. Ab einigen 1000 km beginnt die Erde einen deutlich geringeren Teil des Gesichtsfeldes auszufüllen. Zwei Arten von Umlaufbahnen haben sich für Satelliten in Höhen jenseits von wenigen 10000 km etabliert – die geostationäre Bahn und langgestreckte elliptische Orbits. In letzteren umrundet ein Satellit auf einer hochelliptischen Bahn die Erde. Der erdnächste Punkt liegt wenige hundert Kilometer über der Erdoberfläche, der erdfernste mehrere 10000 Kilometer. Nach den Keplerschen Gesetzen bewegt sich ein Satellit auf dieser Bahn in Erdnähe am schnellsten und in Erdferne am langsamsten. Im erdfernen Teil der Bahn bleibt die Erde deshalb lange im Blickfeld.
Manfred Gottwald
Unbemannte Mondmissionen - Aus kosmischer Nähe
Zusammenfassung
Der Mond ist der einzige Himmelskörper, auf dem wir von der Erde aus gesehen mit bloßem Auge ohne Hilfsmittel Details wahrnehmen können. Die entgegengesetzte Perspektive – wie sieht die Erde vom Mond aus – beschäftigte lange Zeit Autoren astronomischer Darstellungen wissenschaftlicher und utopischer Natur. Bis zum Beginn des Raumfahrtzeitalters vor mehr als 60 Jahren musste man sich mit Spekulationen begnügen; erst danach ließ sich diese Frage beantworten. Die Raumfahrtunternehmungen in den 60-er Jahren des zurückliegenden Jahrhunderts waren geprägt durch den „Wettlauf“ zum Mond zwischen den Vereinigten Staaten und der damaligen UdSSR. Ihre unbemannten automatischen Sonden dienten vornehmlich der Erkundung der Mondoberfläche als Terrain, auf dem die bemannten Landungen stattfinden sollten. War bisher in diesem Buch die Erde immer das Objekt der Begierde, auf das man die Aufnahmegeräte richtete, spielt sie ab Mondentfernung nur noch eine untergeordnete Rolle.
Manfred Gottwald
Bemannte Mondmissionen - Die Männer am Mond
Zusammenfassung
Von den 3.8 Milliarden Menschen, die um 1970 die Erde bevölkerten, hatten 27 das Privileg, unsere Heimat erstmals wirklich aus großer Entfernung als Teil des Kosmos zu sehen. Sie gehörten alle dem bemannten Mondprogramm der NASA an. Neun 3-Mann-Besatzungen besuchten zwischen Dezember 1968 und Dezember 1972 mit den Apollo-Raumkapseln unseren Begleiter. Es gab zwei geplante Aufenthalte im Mondorbit, eine ungeplante Umrundung des Mondes, welche die havarierte Apollo 13-Mission wieder zur Erde zurückbrachte und sechs erfolgreiche Mondlandungen. Jede Apollo-Mission war mit Foto-, Film und TV-Kameras ausgerüstet, die den Weg der Astronauten von der Erde zum Mond und zurück, den Aufenthalt in der Umlaufbahn um den Mond und auf seiner Oberfläche genau dokumentieren sollten. Diese zurückgebrachten Fotos dienten nicht nur als wissenschaftliches Bildmaterial sondern sollten zusätzlich besondere Öffentlichkeitswirksamkeit ausstrahlen.
Manfred Gottwald
Innerer Lagrange-Punkt - Im Gleichschritt um die Sonne
Zusammenfassung
Die Erde bewegt sich gravitativ gebunden innerhalb eines Jahres um die Sonne. Jede Masse, die weiter entfernt um die Sonne kreist, benötigt für einen Umlauf mehr, dem Zentralgestirn nähere Objekte dagegen weniger Zeit. Dieser einfache Zusammenhang gilt allgemein in einem Zweikörpersystem. Wenn zusätzlich eine dritte Masse beteiligt ist behandeln wir dagegen ein Dreikörperproblem. Wollten wir dann die Bahnen dieser drei Körper bestimmen würden wir feststellen, dass sich keine analytische Lösung finden lässt. Die beiden Mathematiker Joseph-Louis Lagrange und Leonhard Euler hatten bei ihren Arbeiten zur Himmelsmechanik in der zweiten Hälfte des 18. Jahrhunderts jedoch für den Fall, dass die dritte Masse vernachlässigbar klein gegenüber den beiden anderen Objekten ist, einen Ausweg gefunden. Sie ermittelten fünf Punkte, heute als Lagrangepunkte bekannt, in denen ein effektiver gravitativer Gleichgewichtszustand der beiden größeren Massen eintritt und der dritte kleine Körper scheinbar in diesen Punkten verharren kann. Wenn Sonne und Erde die beiden größeren Massen bilden, kann eine kleine Raumsonde sich in diesen Punkten aufhalten und bewegt sich dann mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Erde um die Sonne.
Manfred Gottwald
Interplanetare Reisen - Besuche bei unserer kosmischen Nachbarschaft
Zusammenfassung
Jenseits des Mondes beginnt der interplanetare Raum. Je weiter man sich in diesen hinausbewegt, umso kleiner erscheint von dort betrachtet die Erde und gleicht schließlich den anderen großen Planeten des Sonnensystems, so wie man diese von der Erde aus entweder durch kleine Teleskope als Scheibchen, sogar mit Einzelheiten auf der Oberfläche und in der Atmosphäre erkennen kann, oder mit bloßem Auge als helle Objekte am Himmel stehen sieht.
Bereits früh im Raumfahrtzeitalter gelang es, Raumfahrzeuge – wenn auch unkontrolliert – in den interplanetaren Bereich zu befördern. Dezember 1962 markiert schließlich den Beginn der Erkundung unseres Sonnensystems als es der NASA gelang, erstmals eine Sonde kontrolliert nahe am Planeten Venus vorbeifliegen zu lassen. Seitdem haben zahlreiche Raumsonden, viele erfolgreich, manche weniger erfolgreich, unsere großen und kleinen Verwandten im Sonnensystem bis hinaus an seinen Rand besuchten. Nebenbei fand man sogar manchmal Zeit und Möglichkeiten, auch einen Blick zurück zur Erde zu wagen.
Manfred Gottwald
Backmatter
Metadata
Title
Die Erde
Author
Manfred Gottwald
Copyright Year
2023
Publisher
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-68222-7
Print ISBN
978-3-662-68221-0
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-68222-7