Filme spielen eine entscheidende Rolle bei der Anregung unserer Vorstellungskraft zum Thema Zukunft der Menschheit, und dies zeigt sich am deutlichsten im Bereich der Raumfahrt. In den letzten Jahren haben uns Filme wie Interstellar, Martian und Gravity dabei geholfen, uns vorzustellen, was in Zukunft möglich sein wird, aber gleichzeitig Fragen nach der Genauigkeit dieser Filme hinterlassen. Ich habe diese Frage von Troy Stewart erhalten:
Meine Frau und ich haben abends die Schwerkraft gesehen und gesehen, was auf dem Bild unten zu sehen ist. Die Frage ist, warum George wegfliegt, wenn er die straffe Akte loslässt, wenn sie im Weltraum hängen. In der Tat ist das Gewicht in diesem Moment das gleiche und spielt keine Rolle. Die Frau glaubt, dass sie aufgrund der unterschiedlichen Massen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten im Weltraum schweben. Ich glaube, dass die Masse nur dann eine Rolle spielt, wenn versucht wird, die Richtung zu ändern. Warum fliegt George weg und hakt sich aus?
Und dieses Bild.
In dieser Szene fliegen zwei Astronauten an der Internationalen Raumstation vorbei, um sie zu erreichen. Es gibt eines der Sojus-Module mit einem ausgelösten Fallschirm. Ryan Stone (Sandra Bullock) und Matt Kowalski (George Clooney) versuchen, sich an ihn zu klammern. Beide scheitern, aber Stone klammert sich mit dem Fuß an die Fallschirmleine und hält Kowalski fest. Sie sehen, dass die Schnur die beiden nicht aushält, also hakt Kowalski aus und schwebt langsam in den Weltraum, weit weg von Stone und der Raumstation.
Bei diesem Szenario gibt es jedoch ein von Troy beschriebenes Problem. Anscheinend widerspricht es Newtons erstem Gesetz.
Newtons erstes Gesetz kann als das älteste der Menschheit bekannte physikalische Gesetz bezeichnet werden: Objekte in Ruhe bewahren den Frieden, und sich bewegende Objekte behalten die Richtung und Geschwindigkeit der Bewegung bei, wenn keine äußeren Kräfte auf sie einwirken. Nachdem Stone und Kowalski die Fallschirmleine gefangen hatten, wurde sie gedehnt und nicht mehr gedehnt. Sie sollten sich mit der gleichen Geschwindigkeit und in die gleiche Richtung bewegen. Auf den ersten Blick gibt es keinen Grund für sie, an der Schlinge zu ziehen - sie bewegten sich mit einer konstanten Geschwindigkeit ohne Beschleunigung, was bedeutet, dass keine Kraft vorhanden ist. Trotzdem fliegt Kowalski nach dem Entkoppeln.
Das Fazit ist, dass hier äußere Kräfte wirken. Es gibt zum Beispiel eine Schwerkraft der Erde. Die verdünnte Atmosphäre hat einen kleinen, aber nicht zu vernachlässigenden Effekt (daher müssen Satelliten in niedrigen Umlaufbahnen regelmäßig angehoben werden, da sie sonst ihre Umlaufbahnen verlassen und in der Atmosphäre ausbrennen). Die Internationale Raumstation ist viel massiver als Stone oder Kowalski und daher anfälliger für die Schwerkraft. Dies sollte jedoch keine Rolle spielen, da Newtons drittes Gesetz, das besagt, dass F = ma ist, besagt, dass die Beschleunigungen von ISS, Stone und Kowalski auch bei unterschiedlichen Massen gleich sein sollten.
Die Wirkung der Atmosphäre ist ebenfalls eine interessante Frage. Dies hängt von der Dichte des Objekts, seiner Oberfläche und Größe ab. Aus diesem Grund würde Galileo, wenn er sein Experiment zum Abwerfen von zwei Bällen unterschiedlicher Masse und gleicher Größe von einem geneigten Turm in Pisa wirklich starten würde, feststellen, dass ein schwererer Ball schneller zu Boden flog: im Vergleich zu einem 5 kg schweren Ball, einem Ball mit einem Gewicht 500 g hätten nur 10% der Anziehungskraft, aber 22% des Luftwiderstands erfahren! Ein leichteres und weniger dichtes Objekt als die ISS - zum Beispiel ein Mann - erfährt mehr Zugkraft aus der Atmosphäre und verlangsamt sich daher im Orbit aktiver.
Dies reicht jedoch nicht für das, was im Film passiert. Die Luftdichte auf der ISS ist so niedrig, dass es Monate dauern würde, bis Kowalski zur Seite reißt. Es hätte mit einem einfachen Ruck über das Kabel zur Seite des Raumfahrzeugs geschickt werden können, und dies hätte die gesamte Episode abgezinst.
Aber etwas, wenn wir das Plakat des Films als die Wahrheit betrachten, haben wir nicht berücksichtigt. Was ist, wenn wir das Kabel nicht als lineares System betrachten, sondern beachten, dass die Anordnung der Objekte Ecken aufweist?
Kowalski befindet sich offensichtlich in einem Winkel zu Stone, der sich in einem Winkel zur ISS befindet. Was könnte zu einer solchen Situation im Weltraum führen? Die Rotation des Raumfahrzeugs! Dies kann sogar durch eine kleine Rotation verursacht werden, die durch einen kürzlichen Start oder eine Kollision (wie im Film) an einem beliebigen Ort außer dem ISS-Schwerpunkt verursacht wurde. Wenn Sie jemals einen Ball an einem Seil gedreht und dann geschnitten haben, wissen Sie, dass der Ball in einer geraden Linie wegfliegt.
Im Weltraum kann eine solche Drehung sehr langsam sein. So langsam, dass es beim Anschauen einer Episode kaum wahrgenommen werden kann. Aber es kann genug sein, um:
• Halten Sie das Kabel gespannt.
• Es besteht die Gefahr, dass die Masse am Ende des Kabels reißt.
• Wenn das Gewicht am Ende freigegeben wird (Kowalski gibt das Kabel frei), bewegt es sich aufgrund der Trägheit weg.
Also, Troy, Sie haben Recht, es ist eine Art Beschleunigung erforderlich, um das Kabel zu ziehen, das Risiko einzugehen, es zu brechen und Kowalski, wenn er das Kabel loslässt, von der Station wegzubewegen. Diese Beschleunigung kann durch eine externe Kraft verursacht werden, die eine Änderung Ihrer Geschwindigkeit verursacht, oder durch eine Drehbewegung, die eine Richtungsänderung verursacht. Basierend auf dem, was ich im Film gesehen habe, wähle ich eine Richtungsänderung: klein, aber ausreichend, um den im Film gezeigten Effekt zu erzielen.
Vielleicht schaue ich keine Filme wie die meisten Wissenschaftler. Ich suche keine Fehler oder Handlungslöcher, ich sage nicht: "
das ist unmöglich !". Ich versuche, das Geschehen mit den Möglichkeiten der Gesetze der Physik in Einklang zu bringen, und hier habe ich eine solche Option gefunden. Rotation spielte auch eine große Rolle in dem Film The Martian; Es gab einen Moment, in dem ich Matt Damon anschreien wollte, der ein Loch in den Ärmel seines Raumanzugs steckte - ich konnte nicht verstehen, warum er es nicht näher an seinem Schwerpunkt hielt, um den Flug besser kontrollieren zu können!
Infolgedessen könnte ein so erfahrener Astronaut wie Kowalski versuchen, einen starken Ruck zu machen, um näher an die Station heranzukommen. Wenn nur seine Rotation nicht größer wäre als im Film zu sehen, wäre ein solches Manöver unmöglich. Aber Beschleunigung jeglicher Art ist der einzige Grund, warum der Astronaut ohne Haken anfangen würde, wegzufliegen. Es sollte also eine Erklärung für einen solchen Effekt geben. Nun, oder Filmemacher entschieden einfach, dass die Handlung, die Geschichte und die Auflösung wichtiger sind als die Wissenschaft, und sie warteten einfach auf das Erscheinen eines nicht besonders wählerischen Astrophysikers, der für alles, was passiert, eine angemessene Erklärung geben würde!