Wissenschaftler der Stanford University und der NASA haben zwei Vorhersagen von Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie bestätigt und damit eines der am längsten laufenden Projekte der Weltraumagentur abgeschlossen.
Bekannt als Gravity Probe B, benutzte das Experiment vier ultrapräzise Gyroskope in einem Satelliten, um zwei Aspekte von Einsteins Theorie über die Gravitation zu messen. Der erste ist der geodätische Effekt oder die Krümmung von Raum und Zeit um einen schweren Körper. Der zweite ist der Frame-dragging Effekt, der die Verdrehung von Raum und Zeit durch die Rotation eines Objektes beschreibt.
Nach 52 Jahren Entwicklung, Konstruktion, Testen und Warten hat der Wissenschaftssatellit beide Effekte mit beispielloser Genauigkeit bestätigt, indem er auf einen einzigen Stern – IM Pegasi – zeigte, während er sich in einer polaren Umlaufbahn um die Erde befand. Wenn Gravitation keine Auswirkungen auf Raum und Zeit hat, würden die Gyroskope von Gravity Probe B für immer in dieselbe Richtung zeigen. Aber in Bestätigung von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie erfuhren die Gyroskope durch die Gravitation der Erde winzige messbare Richtungsveränderungen in ihren Spins.
Die Ergebnisse erscheinen online im Journal Physical Review Letters.
“Man stelle sich vor, dass die Erde – so wie sie ist – in Honig getaucht wäre. Während der Planet rotiert und die Sonne umkreist, würde der Honig um ihn herum verdreht und verwirbelt werden und genauso ist es mit Raum und Zeit”, sagte Francis Everitt, ein Stanford Physiker und leitender Wissenschaftler für Gravity Probe B.
Eine bleibende Hinterlassenschaft
“Gravity Probe B bestätigte zwei der tiefgreifendsten Voraussagen von Einsteins Universum, die weitreichende Auswirkungen auf astrophysikalische Forschung haben”, sagte Everitt. “Deswegen werden die Jahrzehnte technologischer Innovation hinter der Mission bleibende Nachwirkungen auf der Erde und im Weltraum haben.”
Stanford war der Hauptauftragnehmer der NASA für die Mission und war verantwortlich für das Design und die Integration der wissenschaftlichen Instrumente und für die Missionsoperationen sowie die Datenanalyse.
Viel von der Technologe, die zum Testen von Einsteins Theorie nötig war, wurde nicht 1959 erfunden, als Leonard Schiff, Kopf der physikalischen Abteilung an der Stanford University, und George E. Pugh vom Verteidigungsministerium unabhängig voneinander vorschlugen, die Präzession eines Gyroskops in einem erdumkreisenden Satellit zu beobachten, welches auf einen entfernten Stern ausgerichtet ist. Schiff schloss sich mit den Stanford Kollegen William Fairbank und Robert Cannon zusammen und stellten anschließend im Jahr 1962 Everitt ein.
Die NASA kam 1963 durch die finanzielle Unterstützung zur Entwicklung eines Relativitätsgyroskop-Experimentes mit ins Boot. 41 Jahre später wurde der Satellit in eine Umlaufbahn knapp 650 Kilometer über der Erdoberfläche geschossen.
Das Projekt wurde bald von Problemen und Enttäuschungen belagert, als ein unerwartetes Taumeln in den Gyroskopen ihre Ausrichtung änderte und sich störend auf die Daten auswirkte. Ein Team von Wissenschaftlern brauchte Jahre, um die schlechten Daten durchzusieben und die benötigten Daten zu retten.
Trotz des Rückschlags führten die Jahrzehnte dauernde Entwicklung von Gravity Probe B zu bahnbrechenden Technologien, um umgebungsbedingte Störungen bei Raumfahrzeugen, wie etwa Luftwiderstand, Magnetfelder oder thermale Veränderungen zu kontrollieren. Die Nachführungseinrichtung und die Gyroskope waren die die präzisesten, die jemals entwickelt und gebaut wurden.
Eine wichtige Rolle bei der Entwicklung des GPS
Innovationen aus der Gravity Probe B wurden im Global Positioning System verwendet, wie zum Beispiel differenzielles Trägerphasen GPS mit seiner präzisen Ortung, die es einem Flugzeug erlaubt, ohne Hilfe landen zu können. Weitere Gravity Probe B Technologien wurden bei der Cosmic Background Explorer Mission der NASA eingesetzt, welche die kosmische Hintergrundstrahlung des Universums gemessen hat. Diese Messung ist die Untermauerung der “Urknall”-Theorie und führte zum Nobelpreis für den NASA Wissenschaftler John Mather.
“Die Ergebnisse der Mission werden langfristige Auswirkungen auf die Arbeit theoretischer Physiker in den kommenden Jahren haben”, sagte Bill Danchi, Senior Astrophysiker und Programmwissenschaftler am NASA Hauptquartier in Washington. “Jede zukünftige Herausforderung für Einsteins allgemeine Relativitätstheorie wird nach präziseren Messungen als die bemerkenswerte erfolgreiche Arbeit von Gravity Probe B streben müssen.”
Im Verlauf seiner Mission erweiterte Gravity Probe B die Wissensgrenzen und lieferte ein praktisches Trainingsgebiet für 100 Doktoranden und 15 Master Kandidaten an Universitäten in den gesamten Vereinigten Staaten. Über 350 Studenten und mehr als vier Dutzend High School Schüler arbeiteten ebenfalls an dem Projekt, zusammen mit führenden Wissenschaftlern und Luftfahrt Ingenieuren aus Industrie und Regierung.
Sally Ride, die erste amerikanische Astronautin im Weltraum, arbeitete an Gravity Probe B, während sie in Stanford studierte. Ein anderer war der Nobelpreisträger Eric Cornell, der auch in Stanford studierte.
Das Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville (Alabama) betrieb das Gravity Probe B Programm für die Agentur. Die Lockheed Martin Corporation in Huntsville entwickelte integrierte und testete das Raumfahrzeug und einige ihrer wichtigsten Nutzlastkomponenten.
Quelle: http://news.stanford.edu/news/2011/may/gravity-probe-mission-050411.html
(THK)
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