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Was ein Science Fiction-Autor wissen muss: Wärme im Weltraum

Frage: Wie kalt ist es im Weltraum?

Antwort: Sehr kalt. Nur etwa 2 Grad über dem absoluten Nullpunkt. Also kälter als -270° Celsius.

Frage: Erfriert man deswegen im Weltraum?

Antwort: Nun, die Science Fiction sagt uns, dass man sehr schnell erfriert. Irgendwie ist das geradezu ein gewohntes Bild: Das havarierte Raumschiff mit der erfrierenden Besatzung. Doch stimmt das auch?

Warum Wärmeleitung im Weltraum so eine Sache ist…

Wärmeleitung passiert auf drei Arten: Konvektion, Strahlungsaustausch und Wärmediffusion (auch Konduktion genannt). Was also passiert, wenn man im Weltraum plötzlich ohne Heizung ist?

Dazu muss man sich die drei Arten der Wärmeleitung ansehen. Der Weltraum ist tatsächlich viel Kälter als der Innenraum eines Raumschiffes, der Zimmertemperatur haben sollte, wenn Menschen an Bord sind. Die Intuition würde also sagen, dass der Innenraum ebenfalls sehr schnell abkühlt. Das ist aber falsch, diese Intuition geht nämlich auf die Annahme zurück, dass Wärmeleitung bloß über jene Mechanismen funktioniert, die wir auf der Erde im Alltag gewohnt sind: Das sind Konduktion und Konvektion. Zusammen bilden sie unser alltägliches Wärmeleitungsempfinden. Zwei aneinander grenzende Stoffe gleichen ihre Temperatur also aneinander an (dabei „fließt“ Wärme vom wärmeren in den Kälteren Stoff). Durch Konvektion kommt es in Flüssigkeiten und Gasen zu Verwirbelungen, sodass der gesamte Körper schließlich am Wärmeaustausch beteiligt ist. Beispiel aus dem Alltag: Man ist im Wasser, das Wasser ist kalt, der Körper kühlt aus, weil er wärmer als das Wasser ist und deswegen Wärmeenergie an das Wasser abgibt. Das Wasser erwärmt sich dabei.

Im Vakuum funktioniert genau dieser Mechanismus aber nicht, weil für dessen Funktionieren Stoffe nötig sind. Wärmeenergie ist in der Bewegungsfreudigkeit der Teilchen gespeichert, im Vakuum finden sich also keine solchen Teilchen. Vakuum ist sogar der perfekte Wärmeisolator. Kein bisschen Wärme geht über unsere gewohnten Mechanismen im Weltraum verloren. Ein Raumschiff mit Menschen an Bord würde im Weltraum also keine Wärme verlieren können und sich nach und nach aufheizen, da der menschliche Körper Wärme produziert und an die Luft im Raumschiff rundherum abgibt. Nach dieser Argumentation müsste sich ein Raumschiff also langsam aufheizen.

Das ist jedoch etwas kontraintuitiv. Nach dieser Argumentation dürfte die Sonne nämlich keinerlei Wärmeenergie an die Erde abgeben können, weil Erde und Sonne ja von einem Vakuum getrennt sind. Genau hier kommt die dritte Art der Wärmeübertragung ins Spiel: die Wärmestrahlung.

Die Wärmestrahlung ist dabei nichts anderes als eine elektromagnetische Welle, genauso wie das Licht, und ist dabei im infraroten Bereich, hat also eine kürzere Wellenlänge als das Licht. Diese Energieübertragung funktioniert auch im Vakuum.

Das hat für Raumschiffe im Weltraum jedoch weitgreifende Konsequenzen: Ist ein Raumschiff nämlich in der Nähe einer Sonne (also z. B. im Inneren eines Sonnensystems), dann wird das Schiff andauernd von der Sonne angestrahlt und nimmt so Wärmeenergie auf und heizt sich auf. Umgekehrt strahlt ein Raumschiff selbst auch immer Wärmeenergie ab, jedoch  normalerweise in deutlich geringerem Maße.

Wenn man sich die ISS anschaut, die über der Erde kreist, dann kann man deutlich die riesigen Platten erkennen, die rund um die Station aufgebaut sind und in den Weltraum ragen. Das sind Radiatoren, mit deren Hilfe Wärmestrahlung abgegeben werden soll, um das Raumschiff zu kühlen. Durch die Menschen an Bord sowie all die technischen Geräte entsteht eine Menge Abwärme, die nur über Strahlung abgegeben werden kann. Das eigentliche Problem im Weltraum besteht also nicht darin, die Raumschiffe warm zu halten, sondern die ganze Wärme irgendwie loszuwerden.

Anders sieht es im freien Weltraum zwischen den Sonnensystemen oder Galaxien aus: Dort gelangt nur sehr wenig Wärmestrahlung an ein Raumschiff (näherungsweise die Hintergrundstrahlung, und die ist mit gerade einmal 2 bis 3 Grad über dem absoluten Nullpunkt nicht gerade warm), während ein Raumschiff natürlich immer ein wenig Wärmestrahlung abgibt, dort könnte der Innenraum eines Raumschiffes also sehr wohl im Laufe der Zeit abkühlen. Allerdings würde das in jedem Fall eher langsam geschehen, abhängig von verschiedenen Faktoren wie dem Außenmaterial, der Temperatur oder der geometrischen Form des Raumschiffes. Zwar wird man das im Normalfall nicht exakt berechnen wollen, wenn aber eine ganze Geschichte um dieses Thema herum aufgebaut ist („Lebenserhaltungssysteme fallen mitten im Flug aus, was tun wir bloß jetzt, bevor hoffentlich die Rettung im letzten Moment auftaucht?“), dann wäre es schon ganz gut, eine ungefähre Ahnung zu haben, wie lang so eine Auskühlung dauert oder wie schnell ein Raumschiff aufheizt, wenn es in Sternennähe ist.

 

Was außerdem in der Science Fiction kaum einmal passiert ist, dass sich jemand tatsächlich Gedanken darüber macht, wie man all die Abwärme in einem Raumschiff wieder los wird. Typischerweise wird nämlich durch Triebwerke, Lebenserhaltungssysteme, Küche etc. viel Wärme erzeugt, die im Weltraum nur durch Wärmestrahlung abgegeben werden kann. Man sieht jedoch in keinem Science Fiction-Film Raumschiffe mit riesigen Radiatoren, und in der Literatur wird auch nie erwähnt, wo all diese Wärme hin soll. Gerade für Hard Science Fiction aber vielleicht ein interessanter Ansatzpunkt?

Will man sich ein bisschen mit diesem Thema beschäftigen und recherchieren, sollte man zuerst sichergehen, den Unterschied zwischen Temperatur und Wärme verstanden zu haben, und dann könnte man auf der entsprechenden Wikipedia-Seite anfangen: Strahlungsaustausch.

 

Fotocredit: pixabay

Published inLiteraturScience Fiction

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