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RELATIVITÄTSTHEORIE
Neue Bestätigung dank Galileo-Panne
Redaktion / Pressemitteilung des Zentrums für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation
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5. Dezember 2018

Eigentlich war es ein Rückschlag: 2014 erreichten zwei Satelliten des europäischen Satellitennavigationssystems Galileo wegen einer Fehlfunktion einer Sojus-Rakete nicht die vorgesehene Umlaufbahn. Nun haben Wissenschaftler Daten der Satelliten für den bislang präzisesten Test der von Einstein vorhergesagten gravitativen Rotverschiebung genutzt.

Galileo

Mithilfe der Satelliten Galileo 5 und 6 konnten Wissenschaftler nun die von Einstein vorhergesagte gravitative Rotverschiebung mit hoher Genauigkeit bestätigen. Bild: ESA-P. Carril/Wikimedia Commons/G. Porter  [Großansicht]

Aufgrund einer Fehlfunktion der Sojus-Oberstufe erreichten zwei Galileo-Satelliten im August 2014 nicht ihre vorgesehene Höhe. Darin sahen Forscher des  sofort einen möglichen Glücksfall für ihre Forschung zu Einsteins Relativitätstheorie. Die Ergebnisse dieser unverhofften, wissenschaftlichen Satelliten-Mission wurden nun in der renommierten Zeitschrift „Physical Review Letters“ veröffentlicht.

Am 22. August 2014 wurden die beiden Satelliten Galileo 5 und 6 mit einer russischen Sojus-Rakete gestartet. Aufgrund einer Fehlfunktion der Oberstufe dieser Rakete konnten die Satelliten nicht in die vorhergesehene kreisförmige Umlaufbahn in ca. 23.500 Kilometer Höhe gebracht werden. Stattdessen fliegen sie auf einer elliptischen Bahn, auf der sie zweimal täglich ihre Höhe um ca. 8.700 Kilometer ändern.

Da es zunächst danach aussah, dass die Satelliten dadurch nicht für das Galileo-Positionierungssystem genutzt werden können, wurde sogar deren Abschaltung in Erwägung gezogen. Gravitationsphysiker des Zentrums für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) der Universität Bremen schlugen stattdessen vor, die Satelliten zusammen mit den mitgeführten Atomuhren zu nutzen, um einen verbesserten Test der gravitativen Rotverschiebung durchzuführen.

Dieser Effekt ist eine der zentralen Vorhersagen der von Albert Einstein vor 100 Jahren aufgestellten Allgemeinen Relativitätstheorie. Sie besagt, dass Gravitation – in diesem Fall die Erdanziehungskraft – die Zeit beeinflusst. Genauer gesagt: Uhren laufen mit zunehmender Entfernung von der Erde, also z.B. im Weltraum, schneller als identische Uhren auf der Erde. Zusammen mit Partnern der TU München ist es dem ZARM-Team nun gelungen, die gravitative Rotverschiebung um den Faktor vier genauer als bisher zu bestätigen - die erste Verbesserung dieses Tests der Relativitätstheorie seit mehr als 40 Jahren. Eine parallele Analyse eines französischen Teams kam zu einem ähnlichen Ergebnis.

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Die Rotverschiebung hat große praktische Bedeutung in der Positionierung, der Navigation, bei der Definition der Internationalen Atomzeit sowie in der Erdvermessung und Geophysik. Die Bremer Initiative zur wissenschaftlichen Verwendung der Galileo-Satelliten wurde sowohl vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt und der europäischen Raumfahrtagentur ESA unterstützt.

So wurden etwa die Daten zu Orbit und Uhrengang über drei Jahre vom Navigation Support Office am europäischen Raumfahrtkontrollzentrum ESOC in Darmstadt aufbereitet und dem Team am ZARM sowie einer weiteren Gruppe am Pariser Observatorium für eine parallele unabhängige Analyse zur Verfügung gestellt. Zusätzlich zu den hochgenauen Uhren- und Orbitdaten wurden hierfür auch lasergestütze Positionsmessungen zu den Satelliten hinzugezogen.

Die Resultate beider Gruppen wurden jetzt in der Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.

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siehe auch
Galileo-Satelliten: Relativitätstheorie auf dem Prüfstand - 1. September 2015
Galileo: Galileo 5 sendet erste Navigationssignale - 8. Dezember 2014
Galileo: Satelliten auf falschem Orbit? - 23. August 2014
Galileo: Milena und Doresa sind im All - 22. August 2014
Links im WWW
Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM)
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