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Astronomie+Physik

Rätselhafter Geschwindigkeitsschub

Auf Raumsonden, die die Schwerkraft der Erde für Bahnkorrekturen nutzen, wirken unbekannte Kräfte. Das beobachteten Nasa-Forscher erstmals 1990, als die Raumsonde Galileo Schwung für ihren Flug zum Jupiter holte. Die Swingby-Manöver von vier weiteren Raumschiffen bestätigten, dass man offenbar noch nicht alles über die Schwerkraft weiß, schreiben Forscher um John Anderson vom Jet Propulsion Laboratory.

Die Bahnkurven der Raumschiffe Galileo, Cassini, Near, Rosetta und Messenger wurden von der Bodenkontrolle mit Radargeräten genauestens verfolgt. Schon 1990, beim Vorbeiflug von Galileo, zeigten die Messungen eine nicht vorhergesehene Beschleunigung der Sonde an, die zwar im Verhältnis zur Gesamtgeschwindigkeit winzig war, die die Forscher aber nicht erklären konnten. Anderson und seine Kollegen analysierten nun auch die Bahnkurven der anderen Vorbeiflüge und stellten fest, dass die Zusatz-Beschleunigung umso stärker ausfiel, je asymmetrischer die Bahn der Sonde in Bezug auf den Äquator verlief.

Die Raumsonde Near beispielsweise näherte sich der Erde von schräg oben, hatte ihren erdnächsten Punkt etwa auf dem 45. nördlichen Breitengrad und entfernte sich dann wieder. Bei Near fiel der Geschwindigkeitsüberschuss besonders groß aus, er betrug 13 Millimeter pro Sekunde. Das, so schreiben Anderson und Kollegen, war wesentlich größer als die Messgenauigkeit von 0,1 Millimeter pro Sekunde.

Die Forscher versuchten, eine Erklärung zu finden und berechneten den Einfluss von zahlreichen physikalischen Phänomenen, von den Gezeiten bis hin zum Sonnenwind. Vergeblich: Nicht einmal die Allgemeine Relativitätstheorie, die eine Beschleunigung durch die von der Erdrotation mitgewirbelten Raumzeit („Lense-Thirring-Effekt“) vorhersagt, konnte den Effekt erklären. Die Forscher fanden auch keine Fehlerquelle, die eine systematische Verzerrung der Ergebnisse hätte verursachen können.

Es gelang ihnen aber, eine empirische Formel für den Effekt zu entwickeln. Die Änderung der Geschwindigkeit hängt darin von Anflugwinkel und Abflugwinkel im Verhältnis zum Äquator ab. Der jüngste Vorbeiflug der Raumsonde Rosetta im November 2007 und deren nächster Besuch 2009 könnten den Verdacht bestärken, dass die Allgemeine Relativitätstheorie nicht der Weisheit letzter Schluss ist.

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Dass irgendetwas mit den Formeln nicht stimmen kann, hatte schon die Bahn der Raumsonde Pioneer vermuten lassen. Auf ihrem Weg in den interstellaren Raum bewegte sich die Sonde ebenfalls schneller, als es die gültige Physik erwarten ließ. Eine überzeugende Erklärung steht bislang aus.

John Anderson (Jet Propulsion Laboratory, Pasadena) et al.: Physical Review Letters, im Druck Ute Kehse
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