Wissenschaft kompakt


Wo endet die Atmosphäre, wo beginnt der Weltraum?



Der US-amerikanische Testpilot Robert Aitken Rushworth flog im Jahr
1963 mit dem raketengetriebenen Experimentalflugzeug X-15 bis in eine
Höhe von 86 Kilometern. Befand er sich dabei im Weltraum? Eine Frage
der Definition. Eindeutig im Weltraum kreisen hingegen bekanntermaßen
Satelliten und die Internationale Raumstation ISS um die Erde - und
somit auch außerhalb der Erdatmosphäre, richtig?



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 Größenordnung der sogenannten
Orbitalgeschwindigkeit 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.


Dipl-Met. Thorsten Kaluza

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Offenbach, den 12.09.2026

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