Was verhindert, dass Satelliten herunterfallen?

Warum fallen Satelliten nicht vom Himmel?

Satelliten umkreisen die Erde, ohne herunterzufallen – doch wie ist das möglich? Die Antwort liegt in einem faszinierenden Zusammenspiel von Schwerkraft und Geschwindigkeit, einem dynamischen Gleichgewicht, das den Satelliten in ihrer Bahn hält.

Die Erde zieht mit ihrer Schwerkraft alle Objekte in ihrer Nähe an, auch Satelliten. Würde ein Satellit einfach nur in den Weltraum gestellt werden, würde er tatsächlich direkt zur Erde zurückfallen. Der entscheidende Faktor ist die horizontale Geschwindigkeit des Satelliten. Diese Geschwindigkeit erzeugt eine Zentrifugalkraft, die nach außen, also von der Erde weg, gerichtet ist.

Stellen Sie sich vor, Sie schleudern einen Ball an einer Schnur im Kreis. Die Schnur zieht den Ball nach innen (ähnlich der Schwerkraft), während die Bewegung des Balls eine Kraft nach außen erzeugt. Wenn diese Kräfte im Gleichgewicht sind, bleibt der Ball auf einer stabilen Kreisbahn.

Ähnlich verhält es sich mit Satelliten. Die Geschwindigkeit, die sie benötigen, um in der Umlaufbahn zu bleiben, hängt von ihrer Höhe ab. Je näher ein Satellit der Erde ist, desto stärker ist die Erdanziehungskraft und desto schneller muss er sich bewegen, um nicht herunterzufallen. Die Internationale Raumstation (ISS) beispielsweise, die in einer relativ niedrigen Umlaufbahn von etwa 400 Kilometern kreist, benötigt eine Geschwindigkeit von ca. 28.000 km/h.

Dieses Gleichgewicht ist jedoch nicht perfekt. In den oberen Schichten der Atmosphäre, der sogenannten Thermosphäre, befinden sich noch immer geringe Mengen an Luftteilchen. Diese verursachen einen minimalen Luftwiderstand, der die Satelliten langsam abbremst. Dadurch verlieren sie an Höhe und die Erdanziehungskraft gewinnt langsam die Oberhand. Um dem entgegenzuwirken, müssen Satelliten in niedrigen Umlaufbahnen regelmäßig ihre Bahn korrigieren und durch Triebwerke wieder beschleunigt werden. Ohne diese Korrekturmanöver würden sie schließlich in die Atmosphäre eintreten und verbrennen.

Satelliten in sehr hohen Umlaufbahnen, wie beispielsweise geostationäre Satelliten, sind von diesem Effekt weniger betroffen, da die Atmosphäre dort extrem dünn ist. Sie können daher über Jahrzehnte hinweg ihre Position halten, ohne größere Bahnkorrekturen.

Die präzise Berechnung und Steuerung der Geschwindigkeit und Höhe eines Satelliten ist also entscheidend für seinen erfolgreichen Betrieb. Es ist ein beeindruckendes Beispiel dafür, wie physikalische Gesetze genutzt werden können, um komplexe Technologien zu ermöglichen, die unseren Alltag in vielfältiger Weise beeinflussen.