Bewährung bestanden

Am 22. August 2014 wurden die beiden Satelliten Galileo 5 und 6 mit einer russischen Soyuz-Rakete gestartet. Aufgrund einer Fehl­funktion der Oberstufe dieser Rakete konnten die Satelliten nicht in die vorher­gesehene kreis­förmige Umlauf­bahn in rund 23.500 Kilometer Höhe gebracht werden. Statt­dessen fliegen sie auf einer elliptischen Bahn, auf der sie zweimal täglich ihre Höhe um etwa 8700 Kilometer ändern. Da es zunächst danach aussah, dass die Satelliten dadurch nicht für das Galileo-Positionierungs­system genutzt werden können, wurde sogar deren Abschaltung in Erwägung gezogen.

Gravitationsphysiker des Zentrums für angewandte Raum­fahrt­technologie und Mikro­gravitation (ZARM) der Universität Bremen schlugen statt­dessen vor, die Satelliten zusammen mit den mitgeführten Atom­uhren zu nutzen, um einen verbesserten Test der gravitativen Rot­verschiebung durchzuführen. Dieser Effekt ist eine der zentralen Vorher­sagen der von Albert Einstein vor hundert Jahren aufgestellten allgemeinen Relativitäts­theorie. Sie besagt, dass Gravitation die Zeit beeinflusst. Genauer gesagt: Uhren laufen mit zunehmender Entfernung von der Erde schneller als identische Uhren auf der Erde.

Zusammen mit Partnern der TU München ist es dem ZARM-Team nun gelungen, die gravitative Rot­verschiebung um den Faktor vier genauer als bisher zu bestätigen, die erste Verbesserung dieses Tests der Relativitäts­theorie seit mehr als vierzig Jahren. Eine parallele Analyse eines französischen Teams kam zu einem ähnlichen Ergebnis. Die Rot­verschiebung hat große praktische Bedeutung in der Positionierung, der Navigation, bei der Definition der inter­nationalen Atom­zeit sowie in der Erd­vermessung und Geo­physik.

Die Bremer Initiative zur wissenschaftlichen Verwendung der Galileo-Satelliten wurde sowohl vom DLR-Raumfahrt­management als auch von der Europäischen Raumfahrt­agentur ESA aufgegriffen und mit den Projekten Relagal und Great unter­stützt. Letzteres wurde im ESA General Studies Program aufgesetzt und vom Galileo Navigation Science Office am ESAC bei Madrid koordiniert. Dabei wurden die Daten zu Orbit und Uhren­gang über drei Jahre vom ESOC Navigation Support Office in Darm­stadt aufbereitet und dem Team am ZARM sowie einer weiteren Gruppe am Pariser Observatorium (Syrte) für eine parallele unabhängige Analyse zur Verfügung gestellt. Zusätzlich zu den hoch­genauen Uhren- und Orbit­daten wurden hierfür auch laser­gestütze Positions­messungen zu den Satelliten hinzugezogen.

ZARM / DE

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  S. Hermann et al.: Test of the Gravitational Redshift with Galileo Satellites in an Eccentric Orbit, Phys. Rev. Lett. 121, 231102 (2018); DOI: 10.1103/PhysRevLett.121.231102
• Experimental Gravitation and Quantum Optics (S. Hermann), Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation, Bremen