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Die drehende Erde schleift den Raum hinterher

Der Raum verhält sich wie klebriger Sirup, der sich zähflüssig mit der Erde dreht. In der Nähe der Erde ist diese Drehung dabei schneller als im weiter entfernten Raum. Dieser Effekt war bereits 1918 theoretisch vorhergesagt worden und ist jetzt mittels präziser Vermessungen der Bahnen der Satelliten Lageos 1 und Lageos 2 bestätigt worden. Erricos Pavlis von der Universität von Maryland in Baltimore und sein italienischer Kollege Ignazio Ciufolini stellen ihr Ergebnis im Fachmagazin Nature (Bd. 431, S. 958) vor.

Im Jahr 1918 ? zwei Jahre nachdem Albert Einstein seine Allgemeine Relativitätstheorie veröffentlicht hatte ? schlossen die beiden österreichischen Physiker Joseph Lense und Hans Thirring aus Einsteins Theorie, dass eine rotierende große Masse den Raum um sich herum ein wenig mitzieht und ihn dabei verdrillt. Diesen und einige ähnliche Effekte, die unter dem Begriff Gravitomagnetismus zusammengefasst werden, gab es in dem älteren Newtonschen Gravitationsgesetz nicht. Gemeinsam ist diesen Effekten, dass sie nur von sich bewegenden Massen erzeugt werden.

Im Gegensatz zu Sirup kann man jedoch leeren Raum nicht sehen. Wie will man also feststellen, ob der Raum verdrillt wird? Die Antwort ist so einfach wie logisch: durch Objekte wie beispielsweise Satelliten, die sich in diesem Raum bewegen. Da wegen der vergleichsweise kleinen Masse der Erde der von ihr erzeugte Lense-Thirring-Effekt winzig ist, muss die Bahn der Satelliten entsprechend exakt vermessen werden.

Aber das alleine reicht nicht. Es müssen zusätzlich auch alle anderen Abweichungen der Satellitenbahnen von den Idealwerten bekannt sein. Zum Größenvergleich: Der Lense-Thirring-Effekt verursacht bei den von Pavlis und Ciufolina untersuchten Satelliten Lageos 1 und Lageos 2 eine Wanderung der Knoten ? das sind die Punkte, in denen die Satellitenbahn die Äquatorebene durchstößt ? von 1,9 Metern pro Jahr. Dagegen verursacht die Abweichung der Erde von der idealen Kugelform bei den Satelliten eine Knotenwanderung von mehreren Tausend Kilometern pro Jahr.

Zur Bestimmung dieser Abweichungen konnten die beiden Forscher auf ein vom GeoForschungsZentrum Potsdam bereitgestelltes präzises Gravitationsmodell der Erde zurückgreifen. Die Potsdamer Forscher konstruieren dieses exakte Modell aus Messdaten des Satelliten Grace, eines Gemeinschaftsprojekts der Nasa mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Im Ergebnis weicht der von Pavlis und Ciufolina erhaltene Wert der Knotenwanderung um nur ein Prozent vom theoretisch vorhergesagten Wert ab.

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Axel Tillemans
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