Claas' SciFi-Wissen - Raumfahrt I

Hallo Buchstabensammler, 

willkommen zu "Claas' SciFi-Wissen". In dieser Reihe erzähle ich dir in loser Folge Nützliches und hoffentlich Wissenswertes aus den Untiefen, die ich in 45 Jahren als Science-Fiction- und Physik-Nerd erkundet habe.

Heute: Von den (Un-)Möglichkeiten interstellarer Raumfahrt.

Epische Abenteuer in fernen Welten, intergalaktische Schlachten und riesige Imperien, so kennen wir Science Fiction. Aber all das verschweigt oder vergisst die unfassbaren Entfernungen, die da draußen vorherrschen. Erinnerst du dich? "Der Weltraum: Unendliche Weiten..." (Star Trek)

Wie groß das All ist, können wir uns gar nicht so richtig vorstellen. Ich versuche es mal, indem ich die Dinge ein wenig verkleinere. Nehmen wir an, ich könnte die Sonne auf die Größe einer Orange schrumpfen. Dann wären Erde, Mars und Venus nur noch unterschiedlich große Staubkörner. Das Staubkorn Erde umkreist unsere Orange im Abstand von über einem Kilometer (1.07 Km). 😳 Das nennt man dann eine Astronomische Einheit. Die größeren Gasplaneten sind noch weiter draußen. Erst nach ungefähr 30 Kilometern käme dann ein etwa viermal größeres, blassblaues Staubkorn: der Neptun. 

Läge die Orange in der Stadtmitte von Heidelberg, dann wäre Neptun schon hinter Ludwigshafen. Ein größeres blaues Staubkorn weit weg hinterm Rhein. Das wäre der äußerste Planet. (Sorry, Pluto. Du zählst nicht mehr.)

Weiter draußen kommt dann der Kuiper-Gürtel, aus dem zum Beispiel viele Kometen stammen. Die könntest du aber nur mit sehr guten Mikroskopen erkennen. 

Das am weitesten entfernte, von der Erde gestartete, Objekt ist die Sonde Voyager. Im Dezember 2023 ist sie fast 165 Km von unserer Heidelberger Orange entfernt. In der Realität sind das etwa 24,25 Milliarden Kilometer. Dafür hat Voyager 1 über 45 Jahre gebraucht. Menschlichen Raumfahrer*innen wäre da ziemlich langweilig geworden. Immerhin haben die Voyager-Sonden inzwischen das Sonnensystem verlassen, je nach Definition. Sie sind also im 'interstellaren Raum' zwischen den Sonnensystemen. 

Interstellarer Raumflug

Okay, lasst uns interstellar werden. Wir fliegen jetzt zum nächsten Stern. Den kennen wir als Proxima Centauri und er ist vierzig Billionen Kilometer von uns entfernt. Das sind 4,246 Lichtjahre. Selbst das Licht braucht also über vier Jahre, bis es von dort zu uns gelangt. 

In unserem Orangen-Maßstab wäre Proxima Centauri eine kleine Murmel in 266 Tausend Kilometern Entfernung. Eine winzige Murmel, die schon näher am Mond wäre, als an Heidelberg. 

Bis Voyager 1 dort wäre, würden viele hundertausend Jahre vergehen. 

Merkst du was? Der Kosmos ist ziemlich groß und leer. Wir müssten sehr genau zielen und wir bräuchten seeeehhr viel Zeit bis nach Proxima Centauri. Viel mehr, als ein Menschenleben. 

Der Kosmos ist ein ganz schöner Spielverderber. 

Die Lösung: Geschwindigkeit?

Aber können wir nicht einfach schneller fliegen? Viel schneller? Denkst du auch an den "Millenium Falken" aus STAR WARS? "Das schnellste Schiff der Galaxis." Irgendwo habe ich die Angabe gefunden, der Falke fliege mit 119 Millionenfacher Lichtgeschwindigkeit. Dann wären wir schneller in einem fremden Sonnensystem. Proxima Centauri, oder von mir aus auch Dagobah oder Tatooine.  

Das ist ein schöner Gedanke. Aber neben den großen Entfernungen und den damit verbundenen laaangen Zeiträumen gibt es noch ein zweites Problem bei interstellaren Flügen: Treibstoff, genauer gesagt: Die notwendige Menge an Treibstoff. 

Ich bleibe mal beim Falken. Der ist - laut den Einträgen der entsprechenden 'Fan-Pedias' - ungefähr einhundert Tonnen schwer. Um dieses Ding auf 119-millionenfache Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen, benötigen wir  Energie. Viel Energie. (Ja, ich weiß: Einstein - Allgemeine Relativitätstheorie - das alles geht gar nicht.) Nehmen wir für einem Moment an, es gäbe einen Relativitäts-Kompensator, damit diese unfassbare Geschwindigkeit möglich wäre. Dann bräuchten wir bei einhundert Tonnen Gewicht, die der Falke haben soll, die beeindruckende Menge von 5.3 × 10^27 Joule. Eine 53 mit 26 Nullen. Das ist vermutlich mehr Energie, als die gesamte Menschheit jemals an Primär-Energie verbraucht hat. Zum Vergleich: Der weltweite Jahresverbrauch an Primär-Energie betrug im Jahr 2022 etwas über 604 Exajoule. (6.04 x 10^20). Das müssten wir mal 10.000.000 nehmen für "Einmal volltanken!"

Das wird leider nicht funktionieren. Der Falke wiegt einhundert Tonnen. Selbst wenn wir dieses gesamte Gewicht gemäß der berühmtesten Formel E = m² in kinetische Energie umwandeln würden, hätten wir am Ende 'nur' E≈9×10^21 Joule. Da fehlen immer noch sechs Stellen VOR dem Komma. 

Um Falken auf die gewünschte Geschwindigkeit zu bekommen, müssten wir etwa 1.890 000 000 Tonnen Masse vernichten bzw. in kinetische Energie umwandeln. Und dabei hätten wir noch nicht einmal navigiert, geschweige denn gebremst. Wenn wir diese Menge an Treibstoff mitnehmen wollten, brauchen wir noch mehr Energie, denn den Treibstoff müssten wir auch wieder beschleunigen. Dieses Problem kennen wir in kleinen Maßstab auch von Raketenstarts auf der guten alten Erde. Mehr Masse benötigt mehr Treibstoff, der ist auch schwer, benötigt noch mehr Treibstoff.

So wird es also nichts mit der interstellaren Raumfahrt. 🤔

Was dann? 

SciFi-Autor*innen und Physiker*innen haben sich eine Menge einfallen lassen, um dennoch in die Galaxie zu fliegen: 

• Relativistische Reisen mit Unterlicht,
• Generationen-Schiffe,
• Hyperdrive, 
• Wurmlöcher, Raumsprünge, 
• und vieles mehr, 

All das schauen wir uns in den nächsten Folgen an. 

Wenn du das nicht verpassen willst ... du weißt schon: Den Blog abonnieren, kommentieren, usw. ich würde mich über Feedback sehr freuen. Natürlich auch, falls Du Fehler findest. 

Keep on dreaming.

PS: Ich bin kein Physiker, nur ein interessierter Nerd. Alle Berechnungen sind ohne Gewähr. 
PPS: Die Bilder sind mit Hilfe einer KI namens #stablediffusion entstanden.