Test der Gesetze der Allgemeinen Relativitätstheorie

Die Präzession des Bahnknotens eines Partikels, das um eine rotierende Masse fliegt, ist als Lense-Thirring-Effekt (LTE) oder „frame-dragging effect“ bekannt. Es handelt sich um die Manifestation des Phänomens der Allgemeinen Relativitätstheorie, dass eine rotierende Masse Raum und Zeit um sich herum wie eine zähe Flüssigkeit mitzieht. Der LTE wurde in neuerer Zeit aus den Knotendriften der LAGEOS-Satelliten mit Hilfe der GRACE-Schwerefelder mit einer Genauigkeit von ca. 10% gemessen. Mit dem LARES-Experiment (der Start des Satelliten erfolgte in 2012) wird eine Verbesserung der Genauigkeit im Prozentbereich angestrebt.

Eine neue hauseigene LAGEOS-Analyse, die einige neue Schwerefeldmodelle einbezieht, bestätigt die Genauigkeit von 10%. Eine Beispielgrafik der Kombination von LAGEOS und LAGEOS-2 über die Jahre 2000-2016 auf Grundlage des Schwerefeldmodells EIGEN-GRACE03S ist hier dargestellt. Die grüne Linie zeigt die LTE-Knotendrift, eine Regressionsanalyse liefert 46.6 mas/a (Millibogensekunden pro Jahr) gegenüber dem theoretischen Wert von 48.2 mas/a, also eine Abweichung gegenüber der Vorhersage von 3%. Die roten Punkte zeigen die beobachteten Knotendifferenzen alle sieben Tage, akkumuliert ergeben sie die grüne Linie.

Wir haben auch das Potenzial von GALILEO für einen LTE-Test untersucht. Tatsächlich wird der solare Strahlungsdruck den LTE überdecken, jedoch bleibt eine Chance offen, wenn die Oberflächeneigenschaften der Satelliten bekannt sind, über die gesamte Konstellation gemittelt wird und die präzise Bahnbestimmung (POD) entsprechend angepasst wird. Wir werden deshalb zukünftig GALILEO über die operationelle Phase hinweg analysieren.