'Einstein' glänzend bestätigt

Einstein glänzend bestätigt

Die Strahlung kosmischer Radioquellen wird im Schwerefeld der Sonne genau so abgelenkt wie von Einstein vorhergesagt. Das hat die Auswertung zahlreicher Langzeitbeobachtungen von Galaxien und Quasaren mit Radioteleskopen ergeben.

Bei der Beobachtung der totalen Sonnenfinsternis von 1919 zeigte sich, dass das Licht der Sterne durch das Gravitationsfeld der Sonne doppelt so stark abgelenkt wird, als es Newtons Gravitationstheorie für Lichtkorpuskeln vorhersagt. Dadurch war Albert Einstein mit einem Schlag weltberühmt, denn mit Hilfe seiner Allgemeinen Relativitätstheorie hatte er die richtige Vorhersage für die Lichtablenkung gemacht. Seither sind zahlreiche Tests mit immer größerer Präzision durchgeführt worden. Doch Einsteins Theorie hat sich dabei immer wieder gegen konkurrierende Gravitationstheorien behaupten können. Für den neuesten Test wurde die Radiostrahlung von Galaxien und Quasaren genutzt.

Da die Lichtablenkung unabhängig von der Wellenlänge ist, kann man Einsteins Vorhersage auch mit Radiowellen statt mit sichtbarem Licht überprüfen. Zahlreiche Quasare und Radiogalaxien bieten sich als feststehende punktförmige Strahlungsquellen an. Man muss auch nicht erst auf eine totale Sonnenfinsternis warten, um die streifend am Sonnenrand vorbeilaufende Radiostrahlung registrieren zu können, die besonders stark abgelenkt wird. Außerdem wurden seit den sechziger Jahren kosmische Radioquellen mit Hilfe der Very Long Baseline Interferometry (VLBI) ausgiebig beobachtet, um die komplizierten Bewegungen der Erdkugel und – mit zunehmender Messgenauigkeit - auch die Bewegungen der Erdkruste zu verfolgen. Dazu werden die Radiosignale von zahlreichen, über den Globus verteilten Radioteleskopen aufgezeichnet und anschließend miteinander verglichen. Auf diese Weise lassen sich lokale Empfangsstörungen unterdrücken.

Konzept des VLBI (Graphik: VLBI)

Die VLBI-Daten ermöglichen es mit großer Genauigkeit, die Ablenkung der Radiowellen im Schwerefeld der Sonne zu messen. Nähert sich die Sonne der Sichtlinie zwischen der Erde und einer Radioquelle, dann werden die Radiowellen abgelenkt und die scheinbare Position der Quelle verändert sich. Dadurch werden die bei den verschiedenen Teleskopen eingehenden Radiosignale unterschiedlich stark verzögert. Aus den zeitlichen Verzögerungen kann man dann die Ablenkung bestimmen. Mit dieser von Irwin I. Shapiro entwickelten Methode hatten er und seine Kollegen 1995 den alles entscheidenden „post-newtonschen“ Parameter γ gemessen. Für die Newtonsche Theorie ist γ=0, während Einsteins Theorie γ=1 vorhersagt. Shapiro und Kollegen erhielten damals γ = 0,9996 ± 0,0017. Die gemessene Lichtablenkung ist (1+ γ)-mal, also ziemlich genau doppelt so groß, wie von Newtons Theorie vorhergesagt.

In den letzten zehn Jahren hat sich der VLBI-Datenbestand beträchtlich vermehrt. So konnten jetzt Steven S. Shapiro vom Guilford College in North Carolina und seine Kollegen vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics die Signale von 541 kosmischen Radioquellen auswerten, die 20 Jahre lang von 87 über den Globus verteilten Radioteleskopen beobachtet worden waren. Dadurch war es ihnen möglich, einen genaueren Wert für γ zu erhalten: γ = 0,9998 ± 0,0004. Die Radiowellen wurden also 1,9998-mal stärker abgelenkt, als man es nach der Newtonschen Theorie erwartet. Eine noch bessere Bestätigung der Einsteinschen Theorie hatte man indes schon im Herbst letzten Jahres mit Hilfe der Radiosignale erzielt, die die Raumsonde Cassini bei ihrem Flug um die Sonne ausgestrahlt hatte. Italienische Forscher hatten für γ den Wert 1,00002 ± 0.00002 erhalten. Auch nach 85 Jahren ist Einsteins Gravitationstheorie so erfolgreich wie eh und je.

Rainer Scharf

Weitere Infos:

• Originalveröfentlichung:
  S. S. Shapiro et al.: Measurement of the Solar Gravitational Deflection of Radio Waves using Geodetic Very-Long-Baseline Interferometry Data, 1979–1999. Physical Review Letters 92, 121101 (2004)
  http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.92.121101

• Very Long Baseline Interferometry (VLBI)
  http://lupus.gsfc.nasa.gov/brochure/bintro.html

• Crustal Dynamics Data Information System
  http://cddisa.gsfc.nasa.gov/intro.html

• Clifford Wills Homepage
  http://wugrav.wustl.edu/people/CMW/index.html

• Irwin I. Shapiros Homepage
  http://cfa-www.harvard.edu/hco/astro/people/homepages/shapiro.html

Weitere Literatur:

• D. E. Lebach et al.: Measurement of the Solar Gravitational Deflection of Radio Waves Using Very-Long-Baseline Interferometry. Physical Review Letters 92, 121101 (2004)
  http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.75.1439

• B. Bertotti et al.: A test of general relativity using radio links with the Cassini spacecraft. Nature 425, 374 (2003)
  http://www.nature.com/doifinder/10.1038/nature01997

• Clifford M. Will: The Confrontation between General Relativity and Experiment. Living Reviews 4, 2001-4 (2001)
  http://relativity.livingreviews.org/Articles/lrr-2001-4/ (frei zugänglich!)