Das Gefühl der Schwerelosigkeit oder der Schwerelosigkeit tritt auf, wenn die Auswirkungen der Schwerkraft nicht spürbar sind. Technisch gesehen existiert die Schwerkraft überall im Universum, denn sie ist definiert als die Kraft, die zwei Körper zueinander anzieht. Aber Astronauten im Weltraum spüren ihre Auswirkungen in der Regel nicht.
Die Internationale Raumstation zum Beispiel befindet sich im ständigen freien Fall über der Erde. Ihre Vorwärtsbewegung entspricht jedoch in etwa der Geschwindigkeit ihres “Falls” auf die Erde. Das bedeutet, dass die Astronauten im Inneren nicht in eine bestimmte Richtung gezogen werden. Sie schweben also.
Das Gewicht nicht auf den Füßen tragen zu müssen, klingt zwar entspannend, aber auf lange Sicht sind damit viele gesundheitliche Probleme verbunden. Knochen und Muskeln werden schwächer, und auch andere Veränderungen finden im Körper statt. Eine der Aufgaben der ISS ist es, zu untersuchen, wie die Gesundheit der Astronauten durch lange Zeiträume in der Schwerelosigkeit beeinträchtigt wird.
Schwerelosigkeit erleben
Man muss die Erde nicht verlassen, um (kurzzeitig) den Fesseln der Schwerkraft zu entkommen. Jeder, der in einer rasanten Achterbahn die Spitze des Berges erklommen hat oder in einem kleinen Flugzeug saß, das plötzlich vom Wind nach unten gedrückt wurde, hat kurzzeitig die Schwerelosigkeit erlebt.
Länger anhaltende Phasen sind in Flugzeugen möglich, die eine Parabel fliegen. Im Rahmen des NASA-Programms für Flüge in reduzierter Schwerkraft werden beispielsweise 30 bis 40 Parabelflüge durchgeführt, damit die Forscher an Bord Experimente durchführen können. Bei jedem Steigflug wird für 30 Sekunden eine Kraft erzeugt, die etwa doppelt so hoch ist wie die Schwerkraft. Wenn das Flugzeug, das auch “Vomit Comet” genannt wird, weil es bei manchen Passagieren Übelkeit hervorruft, den Scheitelpunkt der Parabel erreicht und abwärts fliegt, spüren die Passagiere für etwa 25 Sekunden die Schwerelosigkeit. (Wenn Sie dies selbst erleben möchten, bieten Unternehmen wie Zero G Corp. schwerelose Spritztouren in Flugzeugen an, natürlich gegen Bezahlung.)
Die Filmcrew und die Schauspieler des Films “Apollo 13” verbrachten Stunden an Bord eines Flugzeugs, das immer wieder Parabelflüge absolvierte. Dadurch konnten die Schauspieler während ihrer Zeit im Filmraumschiff wirklich “schweben”, anstatt sich auf lästige Drähte zu verlassen.
Astronauten hingegen erleben die Schwerelosigkeit über viel längere Zeiträume. Die längste Dauer im Weltraum war 1994-95, als Valeri Polyakov fast 438 Tage im All verbrachte.
Auch einige Tage im All können vorübergehend zu gesundheitlichen Problemen führen, wie Heidemarie Stefanyshyn-Piper feststellte, nachdem sie 2006 während STS-115 zwei Wochen im All verbracht hatte. Während einer Pressekonferenz nach der Landung brach Piper zusammen, da sie sich noch nicht ganz an die Schwerkraft gewöhnt hatte.
Vorübergehende Auswirkungen auf die Gesundheit
Die Schwerelosigkeit führt dazu, dass sich mehrere Schlüsselsysteme des Körpers entspannen, da sie nicht mehr gegen die Schwerkraft ankämpfen müssen. Das Gefühl der Astronauten für oben und unten gerät durcheinander, so die NASA, weil das Gleichgewichtssystem nicht mehr weiß, wo der Boden und die Decke sind. Die Konstrukteure von Raumfahrzeugen tragen diesem Umstand Rechnung; auf der ISS beispielsweise zeigen alle Schriftzüge an den Wänden in dieselbe Richtung.
Auch das propriozeptive System der Besatzungsmitglieder, das ihnen sagt, wo Arme, Beine und andere Körperteile im Verhältnis zueinander liegen, ist gestört. “In der ersten Nacht im Weltraum, als ich einschlief”, sagte ein Apollo-Astronaut in einem NASA-Interview, “wurde mir plötzlich bewusst, dass ich meine Arme und Beine nicht mehr wahrgenommen hatte. Nach allem, was ich wusste, waren meine Gliedmaßen nicht da.”
Diese Orientierungslosigkeit kann dazu führen, dass den Astronauten einige Tage lang übel wird. Ein berühmtes Beispiel ereignete sich während Apollo 9 im Jahr 1969. Rusty Schweickart musste einen geplanten Weltraumspaziergang verschieben, weil ihm schlecht wurde. Die Befürchtung war, dass, wenn er sich in seinem Raumanzug erbrechen würde, sich die Flüssigkeit in seinem Helm ausbreiten könnte (was seine Sicht beeinträchtigen würde) oder das Atemgerät beeinträchtigen könnte, so dass er möglicherweise ersticken würde.
Raumfahrzeuge müssen auch so konstruiert sein, dass sie die Mikrogravitation berücksichtigen. Bei Weltraumspaziergängen benötigen die Astronauten beispielsweise zusätzliche Hand- und Fußgriffe an der Außenseite ihres Raumfahrzeugs, damit sie sich verankern können und nicht davonschweben. (Die Astronauten können sich auch mit Seilen daran festhalten, falls sie den Halt verlieren.)
Langfristige Auswirkungen auf die Gesundheit
Astronauten, die sich wochen- oder monatelang im Weltraum aufhalten, können in Schwierigkeiten geraten. Das Kalzium in den Knochen wird über den Urin ausgeschieden. Da die Knochen schwächer werden, sind Astronauten anfälliger für Knochenbrüche, wenn sie ausrutschen und fallen, genau wie Menschen mit Osteoporose. Auch die Muskeln verlieren an Masse.
Aber die Zeit auf der Internationalen Raumstation hat der NASA geholfen, Studien darüber durchzuführen, wie die Gesundheit der Astronauten durch die Zeit in der Schwerelosigkeit beeinträchtigt wird. Die Behörde hat bereits Änderungen vorgenommen. So hat sie 2008 das Interim Resistive Exercise Device (iRED) durch das Advanced Resistive Exercise Device ersetzt, das es den Astronauten ermöglicht, Gewichte zu heben, ohne ihr Höchstgewicht zu überschreiten. ARED wird mit besseren Ergebnissen in Bezug auf die Knochendichte und Muskelkraft in Verbindung gebracht, obwohl es schwierig ist, alle Schlussfolgerungen im Weltraum zu ziehen (im Allgemeinen), da die Astronautenpopulation bereits fit und extrem klein ist.
Astronauten haben in der Regel eine zugewiesene Trainingszeit von zwei Stunden pro Tag im Weltraum, um diesen Effekten entgegenzuwirken; diese Zeit umfasst nicht nur Herz-Kreislauf-Training und Gewichtheben, sondern auch Zeit zum Umziehen und zum Auf- und Abbau der Ausrüstung. Trotz der Übungen dauert es noch Monate, bis man sich nach einer typischen sechsmonatigen Weltraummission auf der Erde wieder eingewöhnt hat. In jüngster Zeit haben Ärzte Veränderungen des Augendrucks in der Umlaufbahn festgestellt. Die NASA hat bei Astronauten, die sich auf der Raumstation aufgehalten haben, Veränderungen der Sehkraft festgestellt, die jedoch nicht so gravierend waren, dass sie Anlass zur Sorge gaben. Die Ursache wird noch untersucht, obwohl ein möglicher Schuldiger die Rückenmarksflüssigkeit ist, die in der Schwerelosigkeit konstant bleibt und sich nicht wie auf der Erde beim Hinlegen oder Aufstehen verschiebt. In einer Studie aus dem Jahr 2017 wurden neben der Rückenmarksflüssigkeit auch die Veränderungen bei Astronauten mit kurzen und langen Flügen untersucht. Einige Studien weisen auch darauf hin, dass Astronauten auf der Station aufgrund des Filtersystems einen leicht erhöhten Kohlendioxidgehalt aufweisen; dieses Gas kann auch zu Augenproblemen beitragen.
Der ehemalige NASA-Astronaut Scott Kelly nahm 2015/16 an einer seltenen, einjährigen Mission zur Internationalen Raumstation teil. Sein Zwillingsbruder und ehemaliger NASA-Astronaut Mark (der vor Scott in den Ruhestand ging) erklärte sich bereit, zusammen mit Scott an mehreren “Zwillingsexperimenten” teilzunehmen, um Scotts Gesundheit im Weltraum mit der von Mark auf dem Boden zu vergleichen.
Vorläufige Ergebnisse einer Studie, die im Oktober 2017 veröffentlicht wurden, zeigten, dass sich im Weltraum verschiedene Gene an- oder abschalten. Andere Studien, die Anfang des Jahres diskutiert wurden, zeigten ebenfalls subtile Veränderungen. Zum Beispiel wurden die Telomere (die den Chromosomenabbau verlangsamen) bei Scott im Weltraum vorübergehend länger. Scott wies auch eine leichte Verschlechterung seiner kognitiven Fähigkeiten (Denkgeschwindigkeit und Genauigkeit) und der Knochenbildung auf, die jedoch nicht besorgniserregend war.
Wissenschaftler, die sich mit Gesundheitsexperimenten in der Schwerelosigkeit beschäftigen, stellen fest, dass die in der Umlaufbahn beobachteten Veränderungen oft dem natürlichen Alterungsprozess des Menschen ähneln, obwohl die Prozesse oft unterschiedlich sind. Eine Gruppe kanadischer Forscher – von denen einige über Fachwissen in der Weltraummedizin verfügen – hat Zugang zu einer Langzeit-Gesundheitseinrichtung für Senioren an der Universität von Waterloo. Dort können die Forscher die Senioren in ihren Wohnungen messen, anstatt sie in ein Labor zu bringen, wo die Bedingungen künstlich sind und bestimmte Gesundheitszustände maskieren oder übertreiben können.