Astronauten bewegen sich in einer einzigartigen Umgebung, in der die Schwerkraft nahezu fehlt: der erdnahen Umlaufbahn. Diese Schwerelosigkeit verändert ihren Alltag, selbst bei so einfachen Handlungen wie dem Wissen um ihr "Gewicht". Aber wie machen sie das, wenn eine herkömmliche Waage im Weltall nicht funktioniert?
Die Astronautin Karen Nyberg verwendet das Gerät zur Messung der Masse durch lineare Beschleunigung im Weltraum (SLAMMD) an Bord der Raumstation.
Bildnachweis: NASA
Auf der Internationalen Raumstation (ISS) ermöglichen zwei geniale Geräte, entwickelt von der NASA und Russland, den Astronauten, ihre Körpermasse zu messen. Diese Unterscheidung zwischen Gewicht und Masse ist in der Mikrogravitation entscheidend, wo nur die Masse eine zuverlässige Referenz bleibt. Die Grundkonzepte der Physik erweisen sich hier als wesentlich, um ihre Gesundheit zu gewährleisten.
Im Gegensatz zum Gewicht, das von der Schwerkraft beeinflusst wird, entspricht die Masse der Menge an Materie, aus der ein Körper besteht. Auf der Erde werden diese beiden Begriffe oft verwechselt, aber im Weltraum, wo die Schwerkraft nahezu nicht vorhanden ist, ist nur die Masse mit geeigneten Methoden messbar. Das SLAMMD (Space Linear Acceleration Mass Measurement Device) basiert auf dem Prinzip der Beschleunigung und der Kraft, formuliert von Isaac Newton. Eine Reihe von Federn übt einen bekannten Schub aus, und ein optischer Sensor misst die Reaktion des Astronauten.
Der Prozess ist präzise und einfach zugleich: Das SLAMMD berechnet die Beschleunigung anhand der Geschwindigkeit und der Zeit, die benötigt wird, um eine bestimmte Strecke zurückzulegen. Diese Daten, kombiniert mit der angewendeten Kraft, ermöglichen die Ableitung der Körpermasse mit einer Genauigkeit von etwa 0,2 Kilogramm. Dieses Gerät befindet sich im europäischen Columbus-Modul der ISS.
Russland verwendet eine andere Technik mit dem BMMD (Body Mass Measurement Device), das sich im Modul Swesda (Zvezda) befindet. Dieses System, vergleichbar mit einem Pogo-Stick, funktioniert durch die vom Astronauten verursachten Schwingungen. Die Frequenz der Schwingungen hängt von der Masse des Benutzers ab und ermöglicht so eine schnelle und zuverlässige Messung.
Ein Astronaut verwendet das BMMD, die russische Methode zur Messung der Körpermasse an Bord der ISS.
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Warum diese Wachsamkeit bezüglich der Körpermasse? In der Mikrogravitation erleiden Astronauten schnelle Verluste an Knochen- und Muskeldichte. Jeder Monat im Orbit führt zu einem Rückgang der Knochenmasse um etwa 1 %. Diese Veränderungen erfordern tägliches intensives Training und regelmäßige Überwachung, um dauerhafte gesundheitliche Folgen zu verhindern.
Das körperliche Training an Bord der ISS dauert zwei Stunden pro Tag, um diesen Effekten entgegenzuwirken. Die Messung der Körpermasse ermöglicht eine genaue Verfolgung der Wirksamkeit der Routinen und stellt sicher, dass die Astronauten für ihre Rückkehr zur Erde eine optimale körperliche Verfassung bewahren.
Was ist der Unterschied zwischen Gewicht und Masse?
Der Unterschied zwischen Gewicht und Masse mag subtil erscheinen, ist aber in der Physik grundlegend. Diese beiden Konzepte, die in der Alltagssprache oft verwechselt werden, unterscheiden sich in ihrer Definition und ihrer Beziehung zur Schwerkraft.
Die Masse ist eine intrinsische Eigenschaft. Sie misst die Menge an Materie in einem Objekt, ausgedrückt in Kilogramm oder Pfund. Sie bleibt konstant, egal ob sich das Objekt auf der Erde, auf dem Mond oder im Weltraum befindet.
Das Gewicht hängt von der Schwerkraft ab. Es ist eine Kraft, berechnet durch Multiplikation der Masse mit der lokalen Gravitationsbeschleunigung. Daher variiert das Gewicht eines Objekts je nach Gravitationsumgebung.
In der Mikrogravitation, wie im Weltraum, ist das Gewicht nahezu null. Die Masse bleibt jedoch unverändert. Daher verwenden Astronauten spezielle Geräte, um ihre Masse zu messen, da herkömmliche auf der Schwerkraft basierende Waagen nicht funktionieren.