Lense-Thirring-Effekt

Moin,

Mithilfe von Einsteins formulierter Relativitätstheorie sagten die Wiener Physiker Hans Thirring und Robert Lense vor 90 Jahren voraus, dass rotierende Körper mit entsprechend großer Masse Raum und Zeit verdrehen und einander dadurch beeinflussen können.

Gemäß Einsteins Theorie ist Gravitation nicht nur einfach zu verstehen, sondern: Der Raum zwischen den Himmelskörpern ist nicht nur "leer", sondern Raum und Zeit selbst können gedehnt und gestaucht werden. Massive Objekte, etwa Sterne oder Planeten, verbiegen die Raumzeit - ähnlich wie schwere Kugeln ein darunter gespanntes Tuch.

2004 wurde der Satellit >Gravity Probe B< zur Erforschung des *Thirring-Lense-Effektes* in die Erdumlaufbahn gebracht. In dem Satelliten befand sich ein Gyroskop-Experiment, das gemeinsam von Wissenschaftlern der NASA und der physikalischen Fakultät der Stanford University entwickelt wurde. Das Experiment versucht, kleinste Änderungen in der Ausrichtung der Rotationsachsen von vier Gyroskopen (Kreisel) nachzuweisen. In einem Jahr sollte sich ihre Drehachse um 0,04 Bogensekunden verschieben.

Mission: >Gravity Probe B<
Start: 20. April 2004 auf Delta II von Vandenberg Air Force Base, California




(Bilder: NASA) 

Die Auswertung der Daten erwies sich als sehr kompliziert. Alle Nebenwirkungen mussten zuvor aus den vorliegenden Messdaten herausgerechnet werden, doch dann zeigten die
korrigierten Messergebnisse, dass sie mit der Theorie  überein stimmten. Wenn alles korrekt abgelaufen ist, handelt es sich hier um eine der spektakulärsten Bestätigungen der Einstein´schen Relativitätstheorie.
(teilzitiert aus derStandard)

Jerry

Ja, mit den Daten von Gravity Probe B gab es leider einige Probleme, sodass von manchen Leuten sogar in Frage gestellt wurde, ob man überhaupt nutzbare Daten gewinnen würde können.

Das Problem lag bei den fast perfekten Kugeln des Gyroskops, bzw. bei deren Beschichtung. Es stellte sich heraus, dass die Kugelhälften ein leicht unterschiedliches elektrisches Potential aufwiesen, was so nicht beabsichtigt war.
Durch elektrostatische Effekte wurde die Kugel genau in der Größenordung des vermuteten Effekts gestört. Das Herausrechnen erwies sich als extrem schwierig, da der Störeffekt bei jedem Orbit unterschiedlich aussah, sodass man jeden Orbit einzeln durchrechnen musste. Wahscheinlich wird man am Ende zwar nutzbare Daten bekommen, allerdings könnte die Genauigkeit unter ein Niveau fallen, dass man bräuchte, um den Effekt zweifelsfrei messen zu können.

Darüber hinaus gab es zweifelhafte Stimmen, die behaupteten die Fehler in den Daten seien gar keine Fehler. Aus dem Kontext von Herrn Tajmar wurde behauptet, die Daten von Gravity Probe B seien eine Bestätigung für die bekannten Experimente mit rotierenden, kalten Scheiben in Helium, bei denen angeblich ein um viele Größenordnungen stäkerer Lense-Thirring-Effekt auftreten soll (was bis heute nicht bestätigt werden konnte), als die Allgemeine Relativitätstheorie dies voraussagt. Den Verschwörungstheoretikern wurde lange Vorschub dadurch gegeben, dass die Rohdaten von Gravity Probe B lange nicht öffentlich gemacht wurden.

Zum Glück wird hoffentlich Ende 2009 auf dem Jungfernflug der VEGA ein italienisches Experiment an Bord sein, dass den Lense-Thirring-Effekt messen könnte: LARES.

Das Experiment wird eine Messgenauigkeit haben, die der bei Gravitiy Probe B ursprünglich anvisierten zumindest ungefähr entspricht. LARES (Laser Relativity Satellite) wird im Gegensatz zu Gravity Probe B relativ billig und low-tech sein. Die Sonde wird aus einer 400 kg schweren Kugel mit einem Durchmesser von 38 cm bestehen, auf deren Oberfläche 92 "Spiegel" (Cube Corner Reflector (CCR)) installiert sind. Diese dienen dazu, von der Erde abgefeuerte Laserstrahlen zu reflektieren und somit den Orbit von LARES extrem genau bestimmen zu können.

Leider gibt's im Netz nicht besonder viel zu LARES.

Hallo Kreuzberga, 1. sind denn eigentlich Messwerte aus der Mission >Gravity Probe B< bekannt? 2. Könnte man jetzt sagen, dass die Bahnabweichungen von Voyager 1 und Voyager 2, sowie Pioneer 10 und Pioneer 11 in diesem Effekt begründet sind? A.D.

Hallo Kreuzberga, 1. sind denn eigentlich Messwerte aus der Mission >Gravity Probe B< bekannt? 2. Könnte man jetzt sagen, dass die Bahnabweichungen von Voyager 1 und Voyager 2, sowie Pioneer 10 und Pioneer 11 in diesem Effekt begründet sind? A.D.

Zu 1: Ich habe noch nichts gefunden.

Zu 2: Meinst Du die Fly-by-Anomalie? Wenn ja: Nein. Der Lense-Thirring-Effekt ist viel zu gering um die Anomalie zu erklären. Ich denke, das gleiche gilt auch für die Pioneer-Anomalie.

Hallo Kreuzberga, 1. sind denn eigentlich Messwerte aus der Mission >Gravity Probe B< bekannt? 2. Könnte man jetzt sagen, dass die Bahnabweichungen von Voyager 1 und Voyager 2, sowie Pioneer 10 und Pioneer 11 in diesem Effekt begründet sind? A.D.

Ein sehr interessanter Ansatz zur Erklärung der Pioneer Anomalie
findet sich auf folgender Seite:

http://universum-jaguste.piranho.de/raumsonde.htm

Nachfolgend eine kurze Begründung. Zur Messung der Fluggeschwindigkeiten der Raumsonden werden diese angefunkt. Daraufhin senden sie ein Funksignal zurück. Aus der Zeitdifferenz zwischen Abgabe des Funksignals auf der Erde und Empfang des Satellitensignals kann man den Abstand der Sonde ermitteln. Aus 2 verschiedenen Abstandsmessungen kann man die jeweiligen Fluggeschwindigkeiten errechnen. Laut ART vergrößert sich jedoch die Lichtgeschwindigkeit mit steigendem Abstand zum Massenzentrum (Sonne). Dies bewirkt, dass die Signale der Flugkörper im Außenbereich unseres Sonnensystems schneller transportiert werden und somit in einem kürzeren Zeitintervall auf der Erde eintreffen. Berücksichtigt man diesen Effekt nicht, so scheint es, als ob die Flugkörper eine kürzere Distanz zwischen dem letzten Funkkontakt zurückgelegt haben. Obwohl die Satelliten mit einer konstanten Geschwindigkeit das Sonnensystem verlassen, erscheint ihre Geschwindigkeit unter der Annahme einer konstanten Signalausbreitung als abgebremst. Tatsächlich fliegen sie aber mit einer konstanten Geschwindigkeit durch den Raum.

Aus der Position des jeweiligen Betrachters ist die Lichtgeschwindigkeit konstant!
Für den Satelliten ändert sich nichts. Er fliegt für sich noch immer gleich schnell durch den Raum. Da das Licht sich hier schneller bewegt als in Sonnennähe vergeht die Zeit hier im Vergleich zur Sonnennähe langsamer....  Wir auf der Erde haben das Gefühl, der Satellit bremst.

In meinen Augen kein Wiederspruch, lass mich auch gerne korrigieren  

Ich würde in diesem Thread gerne weiter über den Lense-Thirring-Effekt, bzw. frame dragging diskutieren.

Bitte führt Diskussionen über die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit u.ä., sowie über die Pioneer-Anomalie in anderen Threads fort! Danke.

Hallo Zusammen,

da ich keinen Thread zu der beendeten Gravity ProbeB Mission finden konnte,
stelle ich die weiterführenden Links hier mit rein.

Gravity Probe waren zwei Satelliten ( A und B), ein gemeinsames Projekt der NASA und der Stanford Universität  welches die allgemeine Relativitätstheorie von Einstein überprüfen sollte.
Jetzt wurde das Schlussergebniss bekannt gegeben.

  Der Satellit bestätigte die Aussagen von Einstein,
und es wurde erwiesen, das die Erde eine Delle in die Raumzeit erzeugt.

Francis Everitt von der Stanford Universität erklärte es folgender Maßen:

man sollte sich vorstellen,
die Erde sei in Honig getunkt.
Während die Erde sich dreht, würde der Honig um sie herum mitwirbeln.
Mit Raum und Zeit wäre es dasselbe.

Unten der ältere Bericht von @pikarl,
in dem schon alles nachzulesen ist.
Gravity Probe-B bestätigt Einstein
http://www.raumfahrer.net/news/astronomie/18042007093934.shtml

Bilder der NASA
http://www.nasa.gov/mission_pages/gpb/GPB_Images_archive_1.html 

http://www.nasa.gov/home/hqnews/2011/may/HQ_11-134_Gravity_Probe_B.html

http://einstein.stanford.edu/index.html

http://www.uni-protokolle.de/Lexikon/Gravity_Probe.html

Gertrud

Danke für das Einbringen dieser Nachricht, Gertrud! Es freut mich, dass man aus den Daten von Gravity Probe B nun doch noch Schlüsse ziehen kann. 

Durch die Genauigkeit der Messungen scheint nun klar zu sein, dass Fly-by- und Pioneer-Anomalie jedenfalls nicht durch ein anders als erwartetes frame-dragging zustande kommen.

Mich würde aber auch interessieren, welche Messgenauigkeit nun schlussendlich erzielt werden konnte. Genau daran haben sich ja die Debatten vergangener Jahre aufgehanden, siehe dazu den Beitrag 2 in diesem Thread.

Das Paper dazu ist, soweit ich das sehen kann, noch nicht draußen.

Zitat aus dem Abstract:
"Analysis of the data from all four gyroscopes results in a geodetic drift rate of -6,601.818.3 mas/yr and a frame-dragging drift rate of -37.2 7.2 mas/yr, to be compared with the GR predictions of -6,606.1 mas/yr and -39.2 mas/yr, respectively."

Wenn die 7,2 hinter den -37,2 Millibogensekunden pro Jahr die Messunsicherheit darstellen soll, wäre man ja noch deutlich von dem 1%-Ziel entfernt. 

Hi
Hier steht was von einer Messungenauigkeit von 19%
http://www.astronews.com/news/artikel/2011/05/1105-005.shtml

Da steht auch dass andere Experimente dazu schon genauere Ergebnisse geliefert haben.

Gruß René

Hi
Hier steht was von einer Messungenauigkeit von 19%
http://www.astronews.com/news/artikel/2011/05/1105-005.shtml

Da steht auch dass andere Experimente dazu schon genauere Ergebnisse geliefert haben.

Ja, die 19% entsprechen den oben erwähnten 7,2 mas. Das ist schon etwas enttäuschend nach der langen und komplizierten Datenauswertung und wird der großen Aufmachung der Veröffentlichung nicht wirklich gerecht. Wir müssen nun doch auf LARES warten, was auch heißt: auf VEGA warten und hoffen, dass der Jungfernflug ein Erfolg wird.

Andere Experimente, die in dem astronews-Artikel angesprochen werden, haben jedenfalls bisher auch keine zweifelsfreien Ergebnisse produziert. Gemeint sind hier wahrscheinlich die Vorgänger von LARES, LAGEOS I und II, deren Daten ebenfalls umstritten sind. Ein Versuch mit Mars Global Surveyor den Frame-Dragging-Effekt am Mars nachzuweisen, scheint auch nicht vollständig erfolgreich gewesen zu sein.

Ich muss mich bei Gelegenheit mal umschauen, wer außer diesem Lorenzo Iorio überhaupt zu dem Thema publiziert. 

Was bedeutet diese Unsicherheit? Ich denke der Effekt an sich ist signifikant nachgewiesen, fraglich ist die Genauigkeit der Größenordnung.

Ja, der Effekt an sich ist nachgewiesen. Aber würde man Abweichungen von dem theoretisch vorhergesagten Wert mit hinreichend großer Genauigkeit messen, egal wie klein, würde das auf gravitative Effekte "jenseits der ART" hindeuten. Das wäre eine Sensation. Andersherum: Misst man den vorherberechneten Wert extrem genau, wäre das eine großartige Bestätigung für die ART und alle weiteren möglichen Theorieentwicklungen müssten mit dieser Genauigkeit der Vorhersage durch die ART arbeiten.

Als Ziel hatte man sich eigentlich eine Unsicherheit von 1% gesetzt. 19,35% sind da ganz schön weit von entfernt. Damit kann man im Grunde nur zeigen, dass der Effekt sich in derselben Größenordnung wie vorhergesagt auswirkt.

Zum Vergeich: Beim Äquivalenzprinzip, eine Grundannahme der ART, strebt man mit MICROSCOPE eine Messung mit einer Genauigkeit von 10^-15 an. Egal wie das Ergebnis aussehen wird, das wird eine ganze Reihe von Quantengravitationstheorien entweder ausschließen oder plausibler machen. Gelingt die Messung nicht mit der angestrebten Genauigkeit, bewegt man sich außerhalb des Vorhersagerahmens einiger Theorien, sodass keine Falsifizierung stattfinden kann. Mit erdgebundenen Versuchen kommt man auf 10^-13, weiter geht's nicht, da auf der Erde Störeinflüsse zu groß werden, also braucht man eine Weltraummission. 

Hallo Zusammen,

hier ein neuer Bericht von Clifford M. Will,
der Autor des Buches Einstein hatte doch recht
zu den Ergebnissen von Gravity Probe B .
 
http://physics.aps.org/pdf/10.1103/PhysRevLett.106.221101.pdf

http://physics.aps.org/articles/v4/43

die Pressekonferenz dazu

Einstein Passes Tests by NASA's Gravity Probe B

Gertrud