Eines der bekanntesten Opfer der Schwerelosigkeit ist die Kerzenflamme: Sie schrumpft zu einem kleinen Kügelchen. Ohne Gravitation und Auftrieb kann sie weder Verbrennungsprodukte abführen noch frischen Sauerstoff anliefern. Ähnliches gilt überall, wo Auftrieb eine Rolle spielt. Allerdings mit einer völlig überraschenden Ausnahme, die ein Team um Youngsup Yong von der University of Florida nun entdeckte. Wie die Arbeitsgruppe in der Fachzeitschrift »npj microgravity« berichtet, gilt beim Wärmefluss in einer siedenden Flüssigkeit das Gegenteil. Der ist in Schwerelosigkeit effektiver, obwohl Dampfblasen und heiße Flüssigkeit nicht aufsteigen können. Ursache ist ein unerwarteter Mechanismus, der die Wärmeleitung deutlich erhöht – mit einem kleinen Haken.

Treibstoffe, Elektronik und andere Materialien können auch im Weltall sehr heiß werden, und es ist schwer, die überschüssige Wärme loszuwerden. Das Team um Yong betrachtete in seiner Studie flüssigen Stickstoff, der ungiftig und nicht explosiv ist und in der Raumfahrt routinemäßig als Kühlmittel dient. Er verdampft auf warmen Oberflächen, und auf der Erde sprudeln die Gasblasen nach oben. Neue Flüssigkeit kommt mit dem Metall in Kontakt. In Schwerelosigkeit steigen die Blasen nicht auf, was den Wärmetransport weg von der heißen Oberfläche deutlich verschlechtern sollte.

Doch das passiert nicht, im Gegenteil. Siedende Flüssigkeit in Schwerelosigkeit führt sogar effektiver Wärme ab als bei Schwerkraft. Die Fachleute stellten aber auch fest, dass der Wärmefluss sehr schnell zusammenbricht – viel schneller als unter Schwerkraft. Das liegt am kritischen Punkt, ab dem der Wärmefluss sehr ineffizient wird. Dies ist der Grund, warum man die Hand kurz in flüssigen Stickstoff tauchen kann, ohne Finger zu verlieren. In Schwerelosigkeit liegt der kritische Punkt deutlich niedriger. Der Grund für das seltsame Verhalten: Ohne Gravitation bestimmen andere Kräfte, wie Flüssigkeit, Dampf und Wärme transportiert werden.

Im Fall des Stickstoffes entstehen Dampfblasen früher, bleiben aber auch länger an der Oberfläche. Die Fachleute vermuten, dass an der Kontaktfläche zwischen Blase und Oberfläche ein dünner Flüssigkeitsfilm existiert, der effizienter Wärme abführt, als wenn die Blasen immer wegblubbern würden. Doch die hauchdünne Schicht verträgt nur wenig Hitze. Oberhalb eines bestimmten Wärmeflusses verschwindet der Flüssigkeitsfilm. Hier kann nur Gas die Wärme abführen, was wenig effizient ist – und ohne Auftrieb wird das Gas nicht von Flüssigkeit verdrängt. Dadurch erreicht flüssiger Stickstoff nur etwa 65 Prozent seiner Kühlleistung in Schwerkraft. Was das wirklich für die Kühlung im All bedeutet, ist aber noch unklar. Bisher haben die Fachleute das Verhalten nur auf kurzen Parabelflügen getestet.