Ein internationales Forschungsteam hat die von Albert Einsteins Allgemeiner Relativit\u00e4tstheorie vorhergesagte Verzerrung der Raumzeit durch die rotierende Erde mit bislang unerreichter Pr\u00e4zision nachgewiesen. Die im Fachmagazin Nature ver\u00f6ffentlichte Studie nutzte Laserentfernungsmessungen zu zwei passiven Satelliten, um den sogenannten Frame-Dragging-Effekt zu vermessen. Die relative Unsicherheit der Best\u00e4tigung liegt bei etwa 0,2 Prozent \u2013 eine fast zehnfache Verbesserung gegen\u00fcber fr\u00fcheren Tests unseres Gravitationsfelds.<\/p>\n
Der Frame-Dragging-Effekt beschreibt, wie eine rotierende Masse das Gewebe der Raumzeit in ihre Drehrichtung mitzieht. Man kann sich das wie einen L\u00f6ffel vorstellen, der in einem Glas mit z\u00e4hem Honig r\u00fchrt: Die klebrige Masse wird von der Bewegung des L\u00f6ffels erfasst und in Rotation versetzt. Genauso zerrt die Erde an der unsichtbaren Raumzeit, sodass sich die Bahnebene eines Satelliten im Laufe der Zeit langsam verschiebt. In Erdn\u00e4he ist dieser Einfluss zwar extrem schwach, doch durch die Analyse von Satellitendaten \u00fcber mehrere Jahre wird er messbar. Das Team wertete rund 200.000 Einzelmessungen aus einem Zeitraum von \u00fcber 1.000 Tagen aus, die zwischen Juli 2022 und Juni 2025 gesammelt wurden.<\/p>\n
F\u00fcr das Experiment griffen die Wissenschaftler auf die geod\u00e4tischen Satelliten LARES-2 und LAGEOS zur\u00fcck. Beide umkreisen die Erde in rund 5.900 Kilometern H\u00f6he. Es handelt sich um passive Kugeln, die mit Hunderten speziellen Retroreflektoren best\u00fcckt sind. Weltweite Bodenstationen senden kurze Laserpulse zu diesen Reflektoren und berechnen aus der Laufzeit des zur\u00fcckkehrenden Lichts die exakte Entfernung. Der Physiker Ignazio Ciufolini von der Universit\u00e4t La Sapienza in Rom leitete das Projekt als Erstautor.<\/p>\n
W\u00e4hrend der von der NASA entwickelte LAGEOS bereits seit 1976 im Orbit ist, startete LARES-2 erst 2022 ins All. Der neuere italienische Satellit hat einen Durchmesser von nur 42 Zentimetern und wiegt knapp 300 Kilogramm. Er besteht aus einem einzigen massiven Block einer extrem dichten Nickellegierung, was ihm eine enorme Dichte verleiht. Dieses extrem geringe Verh\u00e4ltnis von Oberfl\u00e4che zu Masse sorgt daf\u00fcr, dass nicht-gravitative Kr\u00e4fte wie der Strahlungsdruck der Sonne kaum ins Gewicht fallen. Erst die Kombination der jahrzehntelangen Daten von LAGEOS mit den hochpr\u00e4zisen neuen Messungen von LARES-2 erlaubte es, den winzigen relativistischen Effekt sauber zu isolieren.<\/p>\n
Die Erde ist keine perfekte Kugel, und ihr ungleichm\u00e4\u00dfiges Schwerefeld st\u00f6rt die Flugbahnen von Satelliten kontinuierlich. Um diese klassischen, durch die asymmetrische Erdform bedingten St\u00f6rungen mathematisch herauszurechnen, fliegen LARES-2 und LAGEOS auf nahezu spiegelbildlich zur \u00c4quatorebene geneigten Bahnen. Diese spezielle Konfiguration eliminierte die gravierendsten statischen St\u00f6rfaktoren aus den Rohdaten. Sie reichte jedoch nicht aus, um auch zeitlich ver\u00e4nderliche Einfl\u00fcsse auszugleichen.<\/p>\n
Eine der gr\u00f6\u00dften H\u00fcrden bei der Datenanalyse war die sogenannte K1-Tide, eine spezielle lunisolare Erdtide. Durch die Anziehungskraft von Mond und Sonne verformt sich der Erdk\u00f6rper minimal, wodurch sich gewaltige Wassermassen verschieben. Diese st\u00e4ndige Masseverlagerung ver\u00e4ndert kontinuierlich das lokale Schwerefeld und beeinflusst direkt die Satellitenbahnen. Das Problem f\u00fcr die Wissenschaftler war der zeitliche Rhythmus dieser St\u00f6rung: Die K1-Tide vollzieht ihren Zyklus in einer Periode von exakt 1.050 Tagen. Da das Forschungsteam seine Messdaten \u00fcber denselben Zeitraum sammelte, legte sich diese zyklische Gezeitenst\u00f6rung wie eine Schablone \u00fcber den stetig anwachsenden Frame-Dragging-Effekt.<\/p>\n
Um diesen dynamischen St\u00f6rfaktor herauszufiltern, waren aufwendige mathematische Modelle des Erdschwerefelds n\u00f6tig. Das Potsdamer Helmholtz-Zentrum f\u00fcr Geoforschung war ma\u00dfgeblich an dieser Auswertung beteiligt. Der Wissenschaftler Patrick Schreiner steuerte dort die entscheidenden Modelle zur genauen Bestimmung des Erdschwerefelds bei. Erst dadurch konnte das Team das gesuchte relativistische Signal am Ende sauber isolieren.<\/p>\n
Die Pr\u00e4zision der Messungen best\u00e4tigt nicht nur die geltende Physik, sondern schr\u00e4nkt zugleich alternative Gravitationstheorien ein. Ans\u00e4tze wie die Chern-Simons-Gravitation sagen abweichende Werte f\u00fcr das Frame-Dragging voraus und m\u00fcssen nun an die neuen Beobachtungsdaten angepasst werden. Einige dieser Erkl\u00e4rungsmodelle werden in der modernen Kosmologie diskutiert, um offene Fragen rund um die beschleunigte Expansion des Universums zu kl\u00e4ren. Die aktuellen Ergebnisse pr\u00fcfen die Gravitation genau an dem Punkt, an dem sich Abweichungen von der klassischen Relativit\u00e4tstheorie zeigen w\u00fcrden.<\/p>\n
Dennoch handelt es sich um Messungen in einem vergleichsweise schwachen terrestrischen Schwerefeld. Ob Einsteins Vorhersagen in vollem Umfang auch im Umfeld von rotierenden Schwarzen L\u00f6chern exakt zutreffen, bleibt ein Gegenstand der k\u00fcnftigen astrophysikalischen Forschung. Die Beteiligten gewannen durch die Kombination der Bahndaten zudem neue Erkenntnisse \u00fcber die Verformung unseres eigenen Planeten. \u201eDieselben Messungen, die eine Vorhersage der Allgemeinen Relativit\u00e4tstheorie best\u00e4tigen, liefern auch neue Informationen \u00fcber Erdtiden\u201c, erkl\u00e4rte Schreiner das doppelte Ergebnis der Studie.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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