Forscher haben zwei Vorhersagen von Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie bestätigt und damit eines der am längsten laufenden Projekte der NASA abgeschlossen. Der erste ist der geodätische Effekt oder die Verzerrung von Raum und Zeit um einen Gravitationskörper. Das zweite ist das Ziehen von Frames. Dies ist der Betrag, um den ein sich drehendes Objekt beim Drehen Raum und Zeit mit sich zieht.
Die Schwerkraftsonde B bestimmte beide Effekte mit beispielloser Präzision, indem sie auf einen einzelnen Stern, IM Pegasi, in einer polaren Umlaufbahn um die Erde zeigte. Wenn die Schwerkraft Raum und Zeit nicht beeinflussen würde, würden die Gyroskope von GP-B im Orbit für immer in dieselbe Richtung zeigen. Als Bestätigung von Einsteins Theorien erlebten die Gyroskope messbare, winzige Änderungen in der Richtung ihres Spins, während die Schwerkraft der Erde an ihnen zog.
Das Projekt ist seit 52 Jahren in Arbeit.
Die Ergebnisse sind online in der Zeitschrift Physical Review Letters.
"Stellen Sie sich die Erde vor, als wäre sie in Honig getaucht", sagte Francis Everitt, Hauptforscher der Schwerkraftsonde B an der Stanford University. "Wenn sich der Planet dreht, würde der Honig um ihn herum wirbeln, und das gilt auch für Raum und Zeit", bestätigte GP-B zwei der tiefgreifendsten Vorhersagen von Einsteins Universum, die weitreichende Auswirkungen auf die Astrophysikforschung haben. Ebenso werden die Jahrzehnte der technologischen Innovation hinter der Mission ein bleibendes Erbe auf der Erde und im Weltraum haben. “
Die NASA begann die Entwicklung dieses Projekts ab Herbst 1963 mit der ersten Finanzierung für die Entwicklung eines Relativitätsgyroskop-Experiments. Die nachfolgenden Jahrzehnte der Entwicklung führten zu bahnbrechenden Technologien zur Kontrolle von Umweltstörungen an Raumfahrzeugen wie Luftwiderstand, Magnetfeldern und thermischen Schwankungen. Der Sternentracker und die Gyroskope der Mission waren die präzisesten, die jemals entworfen und hergestellt wurden.
GP-B hat seine Datenerfassung abgeschlossen und wurde im Dezember 2010 außer Betrieb genommen.
"Die Missionsergebnisse werden sich langfristig auf die Arbeit der theoretischen Physiker auswirken", sagte Bill Danchi, leitender Astrophysiker und Programmwissenschaftler am NASA-Hauptsitz in Washington. "Jede zukünftige Herausforderung an Einsteins Theorien der allgemeinen Relativitätstheorie muss genauere Messungen erfordern als die bemerkenswerte Arbeit, die GP-B geleistet hat."
Die durch GP-B ermöglichten Innovationen wurden in GPS-Technologien eingesetzt, mit denen Flugzeuge ohne fremde Hilfe landen können. Zusätzliche GP-B-Technologien wurden auf die Mission Cosmic Background Explorer der NASA angewendet, mit der die Hintergrundstrahlung des Universums genau bestimmt wurde. Diese Messung ist die Grundlage der Urknalltheorie und führte zum Nobelpreis für den NASA-Physiker John Mather.
Das von GP-B entwickelte schleppfreie Satellitenkonzept ermöglichte eine Reihe von Erdbeobachtungssatelliten, darunter das NASA-Experiment zur Wiederherstellung der Schwerkraft und zum Klima sowie das Schwerkraftfeld und den stationären Ozeanzirkulations-Explorer der Europäischen Weltraumorganisation. Diese Satelliten liefern die genauesten Messungen der Erdform, die für eine präzise Navigation zu Land und zu Wasser entscheidend sind und die Beziehung zwischen Ozeanzirkulation und Klimamustern verstehen.
GP-B erweiterte auch die Grenzen des Wissens und bot 100 Doktoranden und 15 Masterkandidaten an Universitäten in den USA ein praktisches Übungsgelände. Mehr als 350 Studenten und mehr als vier Dutzend Schüler arbeiteten ebenfalls mit führenden Wissenschaftlern und Luft- und Raumfahrtingenieuren aus Industrie und Regierung an dem Projekt. Eine Studentin, die an GP-B arbeitete, wurde die erste Astronautin im Weltraum, Sally Ride. Ein anderer war Eric Cornell, der 2001 den Nobelpreis für Physik gewann.
"GP-B erweitert die Wissensbasis über Relativitätstheorie auf wichtige Weise und ihre positiven Auswirkungen werden sich auf die Karrieren von Studenten auswirken, deren Ausbildung durch das Projekt bereichert wurde", sagte Ed Weiler, stellvertretender Administrator der Direktion für wissenschaftliche Missionen am NASA-Hauptsitz.
Quellen: NASA, Stanford University
