Fallversuche im Vakuum mit einem Astronauten, Brian Cox und einem Problem (SciViews-Videorezension)

Beim Spektrum-Verlag befindet sich derzeit ein Videoportal namens SciViews im Test – freigeschaltet, aber noch nicht groß beworben, und derzeit noch laufend weiterentwickelt. Diese Rezension erscheint sowohl in leicht redigierter Form auf SciViews als auch hier auf meinem Blog. (Offenlegung: Für eine solche Rezension zahlt mir Spektrum ein kleines Honorar.)

Gravitation ist in einer wichtigen Hinsicht anders als alle anderen Kräfte. In einer Situation mit elektrischen Kräften, kann man im Prinzip austesten, was da am Werke ist. Das elektrische Feld, das solche Krafteinflüsse übermittelt, beschleunigt unterschiedliche Teilchen unterschiedlich stark, je nach dem Verhältnis ihrer elektrischen Ladung und ihrer Masse. Die Gravitation dagegen beschleunigt alle Objekte gleichermaßen.

In gewisser Weise ist Gravitation daher gar keine Kraft, sondern eher eine systematische Sammlung von Beschleunigungen. Diese besondere Eigenschaft war der Ausgangspunkt für Albert Einsteins Überlegungen zu seiner Gravitationstheorie, der Allgemeinen Relativitätstheorie, die er vor fast genau hundert Jahren der Fachwelt vorstellte.

Wer dies auf der Erde ausprobieren möchte, dem macht allerdings rasch die Luftreibung einen Strich durch die Rechnung. Ein Stein und eine Feder, so die klassischen Beispiele, fallen eben nicht einträchtig nebeneinander her mit genau der gleichen Beschleunigung zu Boden, sondern die Feder wird spielerisch hin und her gleiten und eine deutlich längere Zeit zum Boden benötigen als der direkt fallende Stein.

Erst, wenn man diese Versuche im Vakuum durchführt, kann man direkt sehen, dass in der Tat alle Körper, die man an ein und demselben Ort fallen lässt, mit derselben Gravitationsbeschleunigung fallen.

Der Klassiker unter den Videos zum Thema ist diese kurze Sequenz hier:

Sie zeigt den Astronauten Dave Scott, der im Rahmen der Apollo 15-Mission auf dem Mond landete, wie er eine Feder und einen Hammer fallen lässt, die tatsächlich gleichzeitig – und aufgrund der geringeren Schwereanziehung des Mondes langsamer, als wir es von der Erde für einen Hammer gewohnt sind – zu Boden fallen.

Jetzt hat die BBC diesen Fallversuch in der weltgrößten Vakuumkammer nachgestellt – für ihr Programm Human Universe mit Brian Cox:

Die Vakuumkammer, Teil der Space Power Facility der NASA am Glenn Research Center in Cleveland, Ohio, ist mit ihren 30,5 Meter Durchmesser und 37,2 Metern Höhe ein beeindruckendes Bauwerk – errichtet, um Weltraumfahrzeuge oder Teile davon unter realistischen Bedingungen im Vakuum zu testen.

Fast 12 Millionen Zugriffe auf YouTube zeigen, dass die BBC mit diesem Filmclip, der derzeit auch gerade die Runde in den sozialen Medien macht, eine breite Zuschauerschaft erreicht. Gut so!

Der Clip hat allerdings auch eine Eigenschaft, die mich stört. Vorab: Für meinen Geschmack sind die Präsentationen von Brian Cox sowieso immer etwas zu salbungsvoll, etwas zu sehr auf Effekt getrimmt. Das mag zum Teil Geschmackssache sein, wenn es etwa um die spannungsvolle Musik geht, den dramatischen Countdown, die Kamera, die über das „Restricted Area – Authorized Personnel only“ hinweg den Kontrollraum anpeilt. Aber zum Teil bleiben dabei andere Ansprüche auf der Strecke.

Man mag noch darüber hinwegsehen, dass Cox Galilei die entsprechenden Fallversuche zuschreibt – die eigentlichen Messungen führte Galilei wohl an rollenden Körpern auch schiefer Bahn aus (was die Abläufe deutlich verlangsamt); dass er Objekte vom schiefen Turm von Pisa fallen ließ, ist nur nachträglich überliefert und wahrscheinlich eine Legende.

Aber was ich Cox und seinem Team wirklich übelnehme, ist, dass sie den gemeinsamen Fall von Feder und Bowlingkugel dann nur in Zeitlupe zeigen. Dabei ist das Potenzial für Missverständnisse einfach zu groß. Wir sind aus Filmen und aus Berichterstattung über Raumfahrt gewohnt, dass Astronauten langsam dahinschweben, kennen die verlangsamten Bewegungen der Astronauten, die auf dem Mond wandern, oder Stanley Kubricks Raumstationen-Ballett in der Anfangssequenz von 2001 – Odyssee im Weltraum. Bei den Aufnahmen aus einer Kammer, von der vorher noch betont wird, dass sie Weltraumbedingungen simuliert, nur extreme Zeitlupe zu zeigen, knüpft genau an diese Sehgewohnheiten an. Wie viele von den Millionen von Menschen, die das Video einfach nur mal so nebenbei sehen, nehmen dabei, ohne näher darüber nachzudenken, irrtümlich den Eindruck mit, dass auch diese langsame Geschwindigkeit ein Teil der dort simulierten Bedingungen ist – und dass Cox und die anderen (wie die Schnittsequenz nahelegt) live dem extrem langsamen Fall zusehen, anstatt sich Aufnahmen von Hochgeschwindigkeitskameras anzuschauen?

Vielleicht funktioniert diese Sequenz in der fertigen Sendung ja anders. Aber zumindest in dieser Vorschau opfern die Macher die Chance, Verständnis für grundlegende Physik zu erzeugen, den dramatischen Effekten. Und das ist bei einer solchen Produktion, exzellent gefilmt, an beeindruckendem Schauplatz, jammerschade. An dieser Stelle hat das von der Aufnahmequalität her ungleich schlechtere Video mit dem Apollo 15-Astronauten dann doch die Nase vorn.

Markus Pössel hatte bereits während des Physikstudiums an der Universität Hamburg gemerkt: Die Herausforderung, physikalische Themen so aufzuarbeiten und darzustellen, dass sie auch für Nichtphysiker verständlich werden, war für ihn mindestens ebenso interessant wie die eigentliche Forschungsarbeit. Nach seiner Promotion am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut) in Potsdam blieb er dem Institut als "Outreach scientist" erhalten, war während des Einsteinjahres 2005 an verschiedenen Ausstellungsprojekten beteiligt und schuf das Webportal Einstein Online. Ende 2007 wechselte er für ein Jahr zum World Science Festival in New York. Seit Anfang 2009 ist er wissenschaftlicher Mitarbeiter am Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, wo er das Haus der Astronomie leitet, ein Zentrum für astronomische Öffentlichkeits- und Bildungsarbeit. Pössel bloggt, ist Autor/Koautor mehrerer Bücher, und schreibt regelmäßig für die Zeitschrift Sterne und Weltraum.