Das Rad und die Erde

Beim Fahrradfahren scheint es so alle punkten des Fahrrads bewegen sich vorwärts. Stimmt aber nicht.
Es gebe ein Punkt am Fahrrad, das entgegen der Fahrtrichtung bewegt, nämlich der untere Reifen.

Betrachten wir nun das Rad genauer:

Der Punkt, der den Boden berührt, ist quasi für einen Augenblick still, während der Rest des Rades sich um ihn dreht dann wird Untere Teil des Reifens nachdem Kontakts mit Boden relativ zum Boden rückwärtsbewegen.

Der obere Teil des Reifens bewegt sich nicht nur mit der Geschwindigkeit des Fahrrads vorwärts, sondern auch zusätzlich durch die Rotation des Rades in Fahrtrichtung.
Das bedeutet, der obere Punkt des Reifens bewegt sich eigentlich doppelt so schnell vorwärts wie das Fahrrad selbst!

Tatsächlich verhält es sich mit der Erde und ihrer Bahn um die Sonne ganz ähnlich.

Die zwei Bewegungen der Erde

Hier betrachten wir zwei Geschwindigkeiten der Erde:

1. Die Bahngeschwindigkeit: Die Erde rast mit etwa 107.000 km/h auf ihrer Umlaufbahn um die Sonne.
2. Die Rotationsgeschwindigkeit: Am Äquator dreht sich die Erde mit etwa 1.670 km/h um ihre eigene Achse.

Warum Mitternacht sind wir “langsamer”:

Nachts (insbesondere um Mitternacht) befinden Sie sich auf der von der Sonne abgewandten Seite der Erde. Zu diesem Zeitpunkt verläuft die Erdrotation in die entgegengesetzte Richtung ihrer Umlaufbahn um die Sonne.

• vGesamt = vBahn – vRot
• Wir reisen im Weltraum etwas langsamer. (ca. 105.330 km/h relativ zur Sonne).

Und warum der Mittag sind wir “schneller”:

Am Tag (um die Mittagszeit) stehst du auf der Seite, die der Sonne zugewandt ist.
Hier zeigt die Eigenrotation der Erde genau in die gleiche Richtung wie die Flugbahn um die Sonne.

• vGesamt​ = vBahn + vRot
• Hier addieren sich die Geschwindigkeiten, und du rast mit ca. 108.670 km/h durch den Weltraum.

Fazit:

Der optimale Zeitpunkt für einen Raketenstart direkt zum Mars wäre Mitternacht, da sich die Geschwindigkeiten vBahn und vRot zu diesem Zeitpunkt addieren und die Rakete somit mit etwa 108.670 km/h durch den Weltraum reisen kann. (Vorausgesetzt, es handelt sich um einen Direktflug zum Mars.)

Raketen starten üblicherweise in östlicher Richtung, um die Erdrotation (den sogenannten Schleudereffekt) auszunutzen.
Mitternacht wäre eine optimale Zeitpunkt, um das Sonnensystem nach außen zu verlassen. Note

• Äußerer Planeten:  Für äußere Planeten müssen wir schneller werden als die Erde.
• Innerer Planeten: Für innere Planeten müssen wir langsamer werden als die Erde, um Richtung Sonne zu fallen.

In der Praxis:

In der Realität starten Raketen fast nie direkt von der Erdoberfläche in den tiefen Weltraum.
Sie gehen zuerst in einen Parkorbit (eine Umlaufbahn um die Erde).

• Der Orbit: Die Rakete kreist erst mehrmals um die Erde.
• Das Triebwerk für die Reise zum Planeten wird dann gezündet, wenn die Rakete sich an der Stelle im Orbit befindet, wo ihr Geschwindigkeitsvektor genau richtig zeigt.

Beispiel:

Der NASA-Rover Curiosity

• Datum: 26. November 2011
• Uhrzeit: 10:02 Uhr vormittags
• Ort: Florida

Der Start von Venera 9 (russisch Венера-9) Eine Raumsonde der UdSSR zur Erforschung des Planeten Venus.

• Datum: 8. Juni 1975
• Uhrzeit: 07:38  (Um die Venus zu erreichen, müssen wir effektiv bremsen)
• Ort: Kosmodrom Baikonur