Wissenschaft im Dialog

Wie verhält sich Wasser im Weltraum?

Astronauten essen aus Tüten und Tuben, schweben scheinbar schwerelos in der Raumstation umher und müssen dicke Schutzanzüge tragen, wenn sie nach draußen wollen – im Weltraum gelten andere Regeln als auf der Erde. Von diesen veränderten Bedingungen sind auch grundlegende Elemente wie das Wasser betroffen, sowohl im Freien als auch innerhalb einer Raumstation. Was würde also passieren, wenn man beispielsweise eine Flasche mit ganz normalem Wasser im Weltraum ausschüttet? 

Betrachten wir das Experiment zunächst einmal auf einer Raumstation. Die Temperatur dort liegt bei angenehmen 20 °C. Im Unterschied zur Erde herrscht dort jedoch Schwerelosigkeit. Das Wasser kann nicht einfach aus der Flasche geschüttet werden, sondern kann nur beispielsweise durch Schütteln oder Spritzen in den Raum gelangen. Dadurch wabert es anfangs noch etwas formlos durch den Raum. Sobald es zur Ruhe gekommen ist, bildet es eine schwebende Kugel. Flüssigkeiten haben die Tendenz, ihre Oberflächenspannung zu minimieren, indem sie versuchen, ihre Oberfläche möglichst gering zu halten. Eine Kugel hat schlichtweg die kleinste Oberfläche im Verhältnis zu ihrem Volumen.

In den vergangenen Jahren haben Astronauten bereits einige Experimente mit Wasser auf der Raumstation ISS durchgeführt. Der kanadische Astronaut Chris Hadfield hat zum Beispiel demonstriert, was aufgrund der Oberflächenspannung von Wasser passiert, wenn man auf der ISS ein nasses Handtuch auswringen möchte. Alexander Gerst hat dort schon einmal mit Seifenblasen experimentiert und festgestellt, dass diese im Weltraum unglaublich stabil sind.

Etwas komplizierter wird es, wenn man das Experiment mit dem Wasser außerhalb der Raumstation durchführen möchte. Nun spielen die extremen Temperaturen und das Vakuum, also der luftleere Raum im Weltraum eine entscheidende Rolle. Grundsätzlich ist es so, dass Wasser ab ungefähr 0 °C gefriert. Der Siedepunkt von Wasser ist jedoch abhängig vom Luftdruck. Bei 1 bar auf der Erde liegt er bei 100 °C. Je niedriger der Druck, desto niedriger ist auch der Siedepunkt, ab dem das Wasser verdampft. Bereits auf dem Mount Everest liegt der Siedepunkt nur noch bei 70 °C. 

Bei 0,006 bar und 0,01 °C liegt der sogenannte Tripelpunkt, bei dem alle drei Phasen des Wassers (fest, flüssig, gasförmig) aufeinandertreffen. Bei noch geringerem Druck oder noch niedrigerer Temperatur ist der Zustand von Wasser nur noch fest oder gasförmig, flüssiges Wasser kommt nicht mehr vor. So ist das auch im Weltraum. Vor der Raumstation liegen die Temperaturen bei -160 °C im Schatten und unter der Sonneneinstrahlung bei 120 °C. Wasser würde dort unter der Sonne sofort verdampfen, im Schatten sofort gefrieren. Gefrorenes Wasser wiederum würde in der Sonne aufgrund des Vakuums direkt verdampfen, ohne vorher flüssig zu werden. Diesen Vorgang nennt man Sublimation.

Bei der Beantwortung der Frage hat uns Prof. Dr. Matthias Sperl vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) unterstützt. Er war unter anderem an der Planung der Experimente auf der ISS beteiligt.

Redaktion WiD: Lena Herzog

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