Wenn man vom Weltraum spricht, stellt man sich den luftleeren Raum jenseits der Erdatmosphäre vor, wobei sich die Frage stellt, ab welcher Höhe dieser "luftleere" Weltraum eigentlich beginnt. Eine scharfe Abgrenzung gibt es tatsächlich nicht, da die Atmosphäre mit zunehmender Höhe einfach immer dünner wird und allmählich in den Weltraum übergeht. Mit zunehmender Höhe nimmt der atmosphärische Druck ab, weil die darüberliegende Luftsäule immer kürzer wird und damit die Masse der darüber befindlichen Luft geringer. Entsprechend sinkt auch die Teilchendichte: In einem bestimmten Volumen befinden sich mit zunehmender Höhe immer weniger Gasmoleküle. Die Atmosphäre wird somit kontinuierlich dünner, ohne an einer bestimmten Höhe abrupt zu enden.

Wie aber definiert man dann, ob der Flug des Testpiloten Rushworth unter die Kategorie der Luft- oder der Raumfahrt fällt? Über Konventionen, welche allerdings, der Natur der Sache gemäß, international nicht eindeutig definiert sind. So gilt Robert Rushworth in den USA aufgrund seines X-15 Testflugs bereits als Astronaut oder Raumfahrer, da er die dort geltenden Grenzhöhe von 50 Meilen (ca. 80,5 km) überstiegen hatte. Stellt man dieselbe Überlegung außerhalb der USA an, so würde Rushworth’ Flug wohl eher der Luftfahrt zugeordnet werden, da seine Flughöhe die international häufiger verwendete Kármán-Linie bei einer Höhe von 100 km über dem Meeresspiegel nicht überschritt. Alan Shepard flog 1961 mit der Freedom 7 auf eine Höhe von etwa 187 km und ist somit international anerkannt ein Astronaut, selbes gilt natürlich eindeutig für den Orbitalflug des Kosmonauten Juri Gagarin, dem ersten Menschen im Weltraum, am 12. April 1961. Wie aber definiert sich die Grenze von 80 beziehungsweise 100 Kilometern über dem Meeresspiegel, und warum ist sie nicht eindeutig?

Die Kármán-Linie basiert auf Überlegungen des namensgebenden ungarisch-amerikanischen Physikers und Luftfahrttechnikers Theodore von Kármán. Ein Flugzeug erzeugt mit seinen Tragflächen durch seine Bewegung relativ zur umgebenden Luft einen aerodynamischen Auftrieb. Dafür ist eine ausreichende Luftdichte und eine entsprechend hohe Fluggeschwindigkeit nötig. Da die Dichte der Atmosphäre mit der Höhe jedoch stark abnimmt, benötigt ein hypothetisches Universal-Flugzeug mit eindeutiger mathematischer Beschreibung des geschwindigkeitsabhängigen Auftriebs ab einer Höhe von etwa 100 km Fluggeschwindigkeiten in der Größen- ordnung der sogenannten Orbital- geschwindigkeit von etwa 28.000 km/h. Also eben jene Geschwindigkeit, bei der ein Körper in einem niedrigen, kreisförmigen Orbit "um die Erde fallen" würde, da die dafür nötige Zentripetalkraft der Gravitationskraft der Erde entspricht. Nur ist das hypothetische Universal-Flugzeug der Realität nicht gewachsen und der geschwindigkeits- und dichteabhängige Auftrieb hängt von einer Vielzahl weiterer Parameter ab, beginnend bei der Tragflächengeometrie - und somit verbleibt auch der konzeptionelle Übergang zum orbitalen Weltraumflug unscharf definiert.

Die Internationale Raumstation ISS umkreist die Erde auf ihrem Orbit in ca. 400 km Höhe somit nicht im quasi-luftleeren Weltraum, sondern tatsächlich noch innerhalb der Atmosphäre, konkret in der Thermosphäre. Auch wenn die hier stark von der Sonnenaktivität abhängige atmosphärische Dichte (die sich vor allem aus atomarem Sauerstoff, Stickstoff, Helium und Wasserstoff zusammensetzt) in der Größenordnung eines Faktors von 100 Milliarden geringer ist als auf Meeresniveau, verliert die ISS durch Kollision mit diesen Teilchen kontinuierlich Orbitalenergie. Dadurch sinkt ihre Umlaufbahn allmählich ab und muss durch regelmäßige sogenannte Reboosts wieder angehoben werden. Die NASA veranschaulicht diesen Sachverhalt mit der Angabe einer orbitalen Lebensdauer von etwa 2 Jahren, also die Zeit in der es ohne Reboosts zu einem Wiedereintritt in die Atmosphäre käme. Die Atmosphäre, welche in diesem Fall per Definition bei 400.000 Fuß beziehungsweise 122 km Höhe beginnt. Klar soweit?

Natürlich haben all diese Definitionen - auch die zuletzt erwähnte sogenannte Wiedereintrittsgrenze - ihre eigene Eleganz und Daseinsberechtigung. Der hier doch sehr vereinfachte Überblick soll nur einen kleinen Einblick geben, dass es interessant sein kann, über die Konventionen und Eigenheiten des Übergangs zwischen Luft- und Weltraum nachzudenken.

Dr. Thorsten Kaluza (Meteorologe)
Deutscher Wetterdienst
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