Eine NASA-Sonde, die die Erde umkreist, hat zwei Schlüsselvorhersagen von Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie bestätigt, die beschreibt, wie die Schwerkraft Massen dazu bringt, die Raum-Zeit um sie herum zu verzerren.
Die Mission Gravity Probe B wurde 2004 gestartet, um zwei Aspekte von Einsteins Gravitationstheorie zu untersuchen: den geodätischen Effekt oder die Verformung von Raum und Zeit um einen gravitativen Körper und das Frame-Dragging, das die Menge an Raum und Zeit beschreibt, die ein rotierendes Objekt mit sich zieht, während es sich dreht.
„Stellen Sie sich die Erde vor, als wäre sie in Honig getaucht“, sagte der Physiker Francis Everitt von der Stanford University, der Leiter der Gravity Probe B, in einer Erklärung. „Während sich der Planet dreht, würde der Honig um ihn herum wirbeln, und genauso verhält es sich mit Raum und Zeit. GP-B bestätigt zwei der tiefgreifendsten Vorhersagen von Einsteins Universum, was weitreichende Auswirkungen auf die gesamte astrophysikalische Forschung hat.“
Gravity Probe B verwendete vier ultrapräzise Gyroskope, um die beiden Gravitationshypothesen zu messen. Die Sonde bestätigte beide Effekte mit noch nie dagewesener Präzision, indem sie ihre Instrumente auf einen einzelnen Stern namens IM Pegasi richtete.
Wenn die Schwerkraft Raum und Zeit nicht beeinflussen würde, würden die Gyroskope der Sonde immer in die gleiche Richtung zeigen, während sie sich in einer polaren Umlaufbahn um die Erde befindet. Die Gyroskope erfuhren jedoch kleine, aber messbare Änderungen in der Richtung ihrer Drehung, während die Schwerkraft der Erde an ihnen zog, was Einsteins Theorien bestätigte.
„Die Ergebnisse der Mission werden sich langfristig auf die Arbeit der theoretischen Physiker auswirken“, sagte Bill Danchi, leitender Astrophysiker und Programmwissenschaftler in der NASA-Zentrale in Washington. „Jede künftige Infragestellung von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie wird sich um präzisere Messungen bemühen müssen als die bemerkenswerte Arbeit, die GP-B geleistet hat.“
Es hat lange gedauert
Diese Ergebnisse bilden den Abschluss eines der am längsten laufenden Projekte in der Geschichte der NASA. Die Raumfahrtbehörde ist seit 1963 an der Entwicklung eines Relativitätskreisel-Experiments beteiligt.
Die jahrzehntelange Forschung und Erprobung führte zu bahnbrechenden Technologien zur Kontrolle von Umweltstörungen, die das Raumfahrzeug beeinträchtigen könnten, wie aerodynamischer Widerstand, Magnetfelder und thermische Schwankungen. Darüber hinaus waren der Star Tracker und die Gyroskope der Mission die präzisesten, die je entwickelt und hergestellt wurden.
Das Projekt Gravity Probe B hat zu Fortschritten in der GPS-Technologie geführt, die Flugzeugen bei der Landung hilft. Weitere Innovationen kamen bei der NASA-Mission Cosmic Background Explorer zum Einsatz, mit der die Hintergrundstrahlung des Universums, die kurz nach dem Urknall entstand, genau bestimmt wurde.
Das von Gravity Probe B eingeführte Konzept der widerstandsfreien Satelliten ermöglichte eine Reihe von Satelliten zur Erdbeobachtung, darunter das Gravity Recovery and Climate Experiment der NASA. Diese Satelliten liefern die präzisesten Messungen der Erdform, die für die Navigation zu Lande und zu Wasser sowie für das Verständnis der Beziehung zwischen Ozeanzirkulation und Klimamustern entscheidend sind.
Gravity Probe B’s wide reach
Die Gravity Probe B-Mission diente auch als Ausbildungsstätte für Studenten in den gesamten Vereinigten Staaten, von Doktoranden und Master-Kandidaten bis hin zu Studenten und Highschool-Schülern. Eine Studentin, die an der Mission mitarbeitete, wurde später die erste weibliche Astronautin im Weltraum: Sally Ride.
„GP-B erweitert die Wissensbasis über die Relativitätstheorie auf wichtige Weise, und seine positiven Auswirkungen werden sich in den Karrieren der Studenten bemerkbar machen, deren Ausbildung durch das Projekt bereichert wurde“, sagte Ed Weiler, stellvertretender Verwalter für das Science Mission Directorate im NASA-Hauptquartier.
Die Schwerkraftsonde B hat ihre Datenerfassung abgeschlossen und wurde im Dezember 2010 außer Dienst gestellt. Die Ergebnisse der Sonde wurden online in der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.
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