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GRAVITY PROBE B
Sonde bestätigt zwei Vorhersagen Einsteins
von Stefan Deiters
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6. Mai 2011

Das Team der Sonde Gravity Probe B hat jetzt die endgültigen Ergebnisse der Mission vorgelegt. Trotz einiger Schwierigkeiten gelang es den Wissenschaftlern zwei zentrale Vorhersagen von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie zu bestätigen. Die innovative Sonde hat mit Hilfe präziser Kreisel die Krümmung des Raums durch die Masse der Erde sowie die Verdrillung der Raumzeit durch die Erdrotation vermessen.

Garvity Probe B

Gravity Probe B sollte zwei Vorhersagen Einsteins testen. Bild: NASA

Die Sonde Gravity Probe B war am 20. April 2004 gestartet worden und sollte zwei zentrale Vorhersagen von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie mit Hilfe von extrem genauen Kreiseln an Bord mit bislang unerreichter Genauigkeit überprüfen (astronews.com berichtete): die geodätische Präzession (auch als de-Sitter-Effekt bekannt), die die Krümmung des Raums durch die Masse der Erde beschreibt, und den Frame-Dragging Effekt (oder auch Lense-Thirring-Effekt), der durch die Verdrillung der lokalen Raumzeit durch die rotierende Masse der Erde entsteht.

"Stellen Sie sich die Erde in Honig getaucht vor", erklärt Francis Everitt, verantwortlicher Wissenschaftler für Gravity Probe B an der Standford University. "Wenn die Erde sich dreht, würde sich der Honig verwirbeln und genauso ist es mit Raum und Zeit. Gravity Probe B hat zwei der tiefgreifendsten Vorhersagen Einsteins bestätigen können, was weitreichende Folgen für die astrophysikalische Forschung haben wird. Zudem werden die jahrzehntelangen technologischen Entwicklung, die diese Mission erst möglich gemacht haben, ein bleibendes Vermächtnis haben."

Gravity Probe B ist eines der am längsten laufenden Projekte in der Geschichte der NASA. Die Beteiligung der amerikanischen Weltraumbehörde begann bereits im Herbst 1963 mit der finanziellen Förderung der Entwicklung eines Kreiselexperimentes zur Überprüfung der Relativitätstheorie. Später war die NASA an zahlreichen Entwicklungen beteiligt, die zu ganz neuen Verfahren zur exakten Steuerung von Raumsonden sowie dem präzisen Ausgleich von atmosphärischer Reibung, von magnetischen Einflüssen oder Temperatureffekten führten. Der sogenannte Star Tracker an Bord von Gravity Probe B und die Gyroskope, also Kreisel, gehören zu den präzisesten Instrumenten ihrer Art, die je entwickelt und gebaut wurden.

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"Diese Mission wird einen langanhaltenden Einfluss auf die Arbeit theoretischer Physiker haben", meint auch Bill Danchi vom Hauptquartier der NASA in Washington. "Jeder, der zukünftig Einsteins allgemeine Relativitätstheorie in Frage stellt, muss noch präzisere Messungen vorweisen können als sie Gravity Probe B auf bemerkenswerte Weise geliefert hat." Die Technologien, die an Bord vom Gravity Probe B zum Einsatz kamen, wurden inzwischen auch für satellitengestützte Navigationssysteme verwendet, das Verfahren zum präzisen Ausgleich von externen Einflüssen machten sich auch Satelliten wie der europäische Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer (GOCE) zunutze.

Gravity Probe B hat versucht, die geodätische Präzession und den Frame-Dragging Effekt durch ihren Einfluss auf die Drehachsen der Kreisel an Bord der Sonde nachzuweisen: Durch den geodätischen Effekt müsste sich die Lage der Kreiselachsen im Laufe eines Jahres um 6,606 Bogensekunden verändern, durch die Frame-Dragging Effekt um 0,039 Bogensekunden - letzteres entspricht etwa der Breite eines menschlichen Haares aus einer Entfernung von rund 400 Metern betrachtet. Eine Bogensekunde ist der 3600. Teil eines Winkelgrads.

In einem in den Physical Review Letters erscheinenden Fachartikel präsentiert das Team jetzt die endgültigen Ergebnisse der Mission: Danach konnte Gravity Probe B die Abweichung durch geodätische Präzession mit einem Fehler von nur 0,2 Prozent bestätigen. Der gemessene Wert für das Frame-Dragging lag bei 0,037 Bogensekunden mit einem Fehler von 19 Prozent.

Eigentlich hatte man beim Frame-Dragging auf eine Fehler im Bereich von nur einem Prozent gehofft, doch hatten einige Probleme im Verlauf der Mission zu einem sehr hohen Hintergrundrauschen in den Daten geführt, so dass sich der winzige Frame-Dragging-Effekt nur mit großer Mühe herauslesen lies. Die notwendige intensive Datenanalyse führte auch dazu, dass andere Forschergruppe bereits vor Gravity Probe B den Frame-Dragging-Effekt mit größerer Genauigkeit nachweisen konnten.

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siehe auch
Gravity Probe B: Sonde misst Raumkrümmung durch Erde - 18. April 2007
Gravity Probe B: Einstein auf dem Prüfstand - 8. April 2004
Links im WWW
Gravity Probe B, Seite der NASA
Gravity Probe B, Seite an der Stanford University
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