Raumfahrt | Gärtnern im Weltall

Bei einem Experiment auf der ISS im Jahr 2015 wird das Wachstum in der Schwerelosigkeit untersucht. Foto: Nasa/Wikicommons Auch wer keinen besonders grünen Daumen hat: Zumindest auf die irdische Schwerkraft ist beim Gärtnern Verlass. So fließt Wasser in den Erdboden, indem es durch Hohlräume oder Spalten langsam nach unten sickert. Pflanzenwurzeln nehmen das Wasser und gelöste Mineralstoffe aus der feuchten Erde auf.

Bei erheblich geringerer oder fehlender Schwerkraft, wie sie auf einer Raumstation oder dem Mond herrscht, wird es für Gewächse und Gärtner jedoch schnell kompliziert. Ohne Gravitation fehlt den Pflanzen nicht nur die Orientierung, in welche Richtung die Wurzeln wachsen müssen. Es kommt auch zu Schwierigkeiten bei der Versorgung, da sich Flüssigkeiten in der Schwerelosigkeit völlig anders verhalten. Sie bilden kugelförmige Ansammlungen, schweben oder verteilen sich ungleichmäßig im Substrat und damit auch an den Wurzeln, sodass diese ohne kontrolliertes aktives Eingreifen schnell austrocknen oder ersticken können.

Zwar wurde seit der ersten erfolgreichen Blüte der unscheinbaren, krautigen Ackerschmalwand im Jahr 1982 an Bord der sowjetischen Raumstation »Saljut 7« ein bunter »gemischter Salat« auf Raumstationen herangezogen. So konnten etwa Römersalat, Tomaten und Paprika erfolgreich geerntet und verkostet werden. Doch liegt eine autarke Versorgung von Weltraumreisenden mit frischen pflanzlichen Produkten noch in weiter Ferne.

Um das Verhalten von Flüssigkeiten unter geringer Schwerkraft besser zu verstehen, können Wissenschaftler einen schwerelosen Zustand in verschiedenen Experimenten für eine kurze Zeit simulieren: So können am 120 Meter hohen »Fallturm Bremen« etwa knapp fünf Sekunden Schwerelosigkeit erreicht werden.

Um das Verhalten von Flüssigkeiten unter Mikrogravitation, das heißt erheblich verringerter Gravitation, genau untersuchen zu können, reichen diese Zeitspannen allerdings nicht aus. Im Rahmen der Mission »New Shepard 29« (NS-29) des US-amerikanischen Raumfahrunternehmens Blue Origin konnte die schwerelose Zeit nun erheblich erhöht werden. So wurde eine unbemannte Kapsel nach Abtrennung von der Trägerrakete durch ihre Steuerdüsen in eine schnelle Rotation (gut elf Umdrehungen pro Minute) versetzt. Dadurch entstand für etwas mehr als zwei Minuten eine künstliche Zentrifugalbeschleunigung von rund 1,76 Metern pro Quadratsekunde, was nur wenig mehr als der Schwerkraft des Mondes entspricht.

Mondboden ist aufgrund fehlender Erosionsprozesse scharfkantig, pulvrig und wasserabweisend.

Um zu analysieren, wie sich Flüssigkeiten unter dieser Bedingung verhalten, nutzten Wissenschaftler in der NS-29-Kapsel ein Gehäuse mit 18 verschiedenen, mit Flüssigkeit gefüllten Testkammern, ergänzt um eine LED-Hintergrundbeleuchtung und eine Kamera. Die Kammern waren mit drei verschiedenen Flüssigkeiten befüllt: mit demineralisiertem Wasser, einer 30-prozentigen Glycerinlösung sowie einer 0,8-prozentigen Kochsalzlösung.

Die Testkammern wiesen darüber hinaus unterschiedliche Wandgeometrien auf (vertikal sowie in Winkeln von 15 und 20 Grad). Betrachtet wurde, wie sich die Flüssigkeiten entlang der Oberflächen der einzelnen Kammern verhalten und wie sich ihr »Meniskus« ausbildet – die Wölbung der Oberfläche einer Flüssigkeit, die auf die Wechselwirkung zwischen Flüssigkeit und der Wandoberfläche zurückgeht.

Die Aufnahmen zeigten, dass der Meniskus stets stärker gewölbt war, im Gegensatz zu den flacheren Profilen unter normaler Erdschwerkraft. Bei geringerer Gravitation wird die Oberflächenspannung zur dominierenden Kraft, und die zwischenmolekularen Kräfte bewirken, dass sich die Flüssigkeitsoberfläche nach innen sowie höher an den Behälterwänden »emporzieht«, was zu einem deutlich runderen, stark gekrümmten Profil führt.

Die Ergebnisse des Experiments könnten auch dazu beitragen, die Fließeigenschaften von Flüssigkeiten im Mondboden zu verbessern, wenn dort in Zukunft einmal etwas angebaut werden sollte. Dieser ist aufgrund fehlender Erosionsprozesse scharfkantig, pulvrig und wasserabweisend und damit als Pflanzsubstrat kaum geeignet. Einen möglichen Ausweg könnte der Einsatz von Glycerin bieten, das im experimentellen Vergleich besonders gute Benetzungseigenschaften zeigte und so den Feuchtigkeitshaushalt feiner Hohlräume verbessern könnte.

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