Frame Dragging bestätigt

Ein internationales Team von NASA- und Universitätsforschern hat den ersten direkten Beweis dafür gefunden, dass die Erde Raum und Zeit um sich zieht, während sie sich dreht.

Die Forscher glauben, den Effekt, der erstmals 1918 unter Verwendung von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie vorhergesagt wurde, gemessen zu haben, indem sie Verschiebungen in den Umlaufbahnen zweier erdumlaufender Lasersatelliten genau beobachteten. Die Forscher beobachteten die Umlaufbahnen des Laser-Geodynamik-Satelliten I (LAGEOS I), eines NASA-Raumfahrzeugs, und des LAGEOS II, eines gemeinsamen Raumfahrzeugs der NASA und der italienischen Raumfahrtbehörde (ASI).

Die in der Zeitschrift Nature veröffentlichte Studie ist die erste genaue Messung eines bizarren Effekts, der vorhersagt, dass eine rotierende Masse den Raum um sie herum schleppen wird. Der Lense-Thirring-Effekt wird auch als Frame-Dragging bezeichnet.

Das Team wurde von Dr. Ignazio Ciufolini von der Universität Lecce, Italien, und Dr. Erricos C. Pavlis vom Joint Center for Earth System Technology, einer Forschungskooperation zwischen dem Goddard Space Flight Center der NASA, Greenbelt, Md., Und dem Universität von Maryland Baltimore County.

"Die allgemeine Relativitätstheorie sagt voraus, dass massive rotierende Objekte Raum-Zeit um sich ziehen sollten, wenn sie sich drehen", sagte Pavlis. „Das Ziehen von Rahmen ist wie das, was passiert, wenn sich eine Bowlingkugel in einer dicken Flüssigkeit wie Melasse dreht. Während sich der Ball dreht, zieht er die Melasse um sich. Alles, was in der Melasse steckt, bewegt sich auch um den Ball herum. In ähnlicher Weise zieht die Erde, wenn sie sich dreht, Raum-Zeit in ihrer Nähe um sich herum. Dies wird die Umlaufbahnen von Satelliten in der Nähe der Erde verschieben. “ Die Studie ist eine Fortsetzung früherer Arbeiten aus dem Jahr 1998, in denen das Autorenteam den ersten direkten Nachweis des Effekts berichtete.

Die vorherige Messung war aufgrund der zu diesem Zeitpunkt verfügbaren Ungenauigkeiten im Gravitationsmodell viel ungenauer als die aktuelle Arbeit. Daten aus der GRACE-Mission der NASA ermöglichten eine enorme Verbesserung der Genauigkeit neuer Modelle, was dieses neue Ergebnis ermöglichte.

"Wir haben festgestellt, dass die Ebene der Umlaufbahnen von LAGEOS I und II etwa zwei Meter pro Jahr in Richtung der Erdrotation verschoben wurde", sagte Pavlis. „Unsere Messung stimmt zu 99 Prozent mit den Vorhersagen der allgemeinen Relativitätstheorie überein, die innerhalb unserer Fehlerquote von plus oder minus fünf Prozent liegt. Selbst wenn die Gravitationsmodellfehler um das Zwei- oder Dreifache der offiziell angegebenen Werte abweichen, ist unsere Messung immer noch auf 10 Prozent oder besser genau. “ Zukünftige Messungen mit Gravity Probe B, einem 2004 gestarteten NASA-Raumschiff, sollten diese Fehlerquote auf weniger als ein Prozent reduzieren. Dies verspricht den Forschern viel mehr über die Physik zu erzählen.

Ciufolinis Team, das die LAGEOS-Satelliten verwendete, beobachtete zuvor den Lense-Thirring-Effekt. Es wurde kürzlich um entfernte Himmelsobjekte mit intensiven Gravitationsfeldern wie Schwarze Löcher und Neutronensterne beobachtet. Die neue Forschung rund um die Erde ist die erste direkte und präzise Messung dieses Phänomens bei fünf bis zehn Prozent. Das Team analysierte einen Zeitraum von 11 Jahren mit Laser-Entfernungsdaten der LAGEOS-Satelliten von 1993 bis 2003 mit einer Methode, die Ciufolini vor einem Jahrzehnt entwickelt hatte.

Die Messungen erforderten die Verwendung eines äußerst genauen Modells des Erdschwerefelds namens EIGEN-GRACE02S, das erst kürzlich auf der Grundlage einer Analyse der GRACE-Daten verfügbar wurde. Das Modell wurde am GeoForschungs Zentrum Potsdam von einer Gruppe entwickelt, die gemeinsam mit dem Center for Space Research der University of Texas in Austin Co-Principal Investigators der GRACE-Mission sind.

LAGEOS II, das 1992 gestartet wurde, und sein Vorgänger LAGEOS I, das 1976 gestartet wurde, sind passive Satelliten, die ausschließlich der Laserentfernung gewidmet sind. Der Prozess beinhaltet das Senden von Laserpulsen an den Satelliten von Entfernungsstationen auf der Erde und das Aufzeichnen der Hin- und Rückfahrt. Angesichts des bekannten Wertes für die Lichtgeschwindigkeit können Wissenschaftler mit dieser Messung die Entfernungen zwischen Laser-Entfernungsstationen auf der Erde und dem Satelliten genau bestimmen.

Die NASA und die Stanford University in Palo Alto, Kalifornien, haben die Schwerkraftsonde B entwickelt. Sie überprüft genau die winzigen Änderungen der Drehrichtung von vier Gyroskopen, die in einem Erdsatelliten enthalten sind, der 400 Meilen direkt über den Polen umkreist. Das Experiment wird zwei Theorien testen, die sich auf Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie beziehen, einschließlich des Linsen-Thirring-Effekts. Obwohl diese Effekte für die Erde gering sind, haben sie weitreichende Auswirkungen auf die Natur der Materie und die Struktur des Universums.

Originalquelle: NASA-Pressemitteilung

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