Die Raumsonde Cassini, die die Erde am 15. Oktober 1997 verließ und im Dezember 2000 den Planeten Jupiter passierte, soll im Juli 2004 ihr Ziel Saturn erreichen. In der Zwischenzeit ist sie aber nicht untätig. Als Cassini Mitte 2002 von der Erde aus gesehen hinter der Sonne stand, nutzten Bruno Bertotti von der Universität Pavia und seine Kollegen diese Gelegenheit, um die Allgemeine Relativitätstheorie zu überprüfen. Ihr Ergebnis stellen die Forscher in der Fachzeitschrift Nature vor (Bd. 425, S. 374).
Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie sagt aus, dass jede Masse den Raum krümmt. Bemerkbar machen kann sich diese Krümmung in den Wegen, denen Licht oder andere elektromagnetische Wellen wie Radiosignale folgen. Licht nimmt immer den kürzesten Weg. In einem nicht gekrümmten Raum ist die kürzeste Verbindung zwischen zwei Punkten immer eine gerade Linie.
Nicht so in einem gekrümmten Raum. Wollte man auf der Erde der kürzesten Verbindung zwischen Nord- und Südpol folgen, müsste man die zweidimensionale Erdoberfläche verlassen und sich quer durch die Erde graben. Diese Entfernung beträgt etwa 13.000 Kilometer. Bleibt man auf der Oberfläche und folgt deren Krümmung, dann muss man etwa 20.000 Kilometer zurücklegen.
Das Licht kann den dreidimensionalen Raum aber nicht verlassen und eine Abkürzung nehmen. Deshalb brauchen Radiosignale, die nahe an der Sonne vorbeimüssen, ein wenig mehr Zeit, um die Erde zu erreichen als sie brauchen würden, wenn die Sonne nicht da wäre. Die Signale müssen einen kleinen Umweg machen, weil die Sonne den Raum in ihrer Nähe gekrümmt hat.
Die italienischen Forscher haben zwischen dem 6. Juni und 7. Juli 2002 einen mit diesem Phänomen eng zusammenhängenden Effekt vermessen. Verbunden mit dem etwas längeren Weg ist eine leichte Frequenzverschiebung der elektromagnetischen Wellen. Diese haben Bertotti und Kollegen gemessen. Zugute kam den Forschern dabei das Gewicht der Raumsonde von über fünf Tonnen. Dadurch wurden Verfälschungen durch Bewegungen der Sonde aufgrund von Störeinflüssen minimiert. Als zusätzliche Maßnahme zur Fehlerminimierung wurden während des Messzeitraums keine Instrumentensysteme auf Cassini ein- oder ausgeschaltet.
Die italienischen Physiker konnten die Präzision gegenüber früheren Prüfungen der Allgemeinen Relativitätstheorie um den Faktor fünfzig verbessern. Sie meinen, dass eine weitere Verbesserung der Präzision um ein bis zwei Größenordnungen mögliche Abweichungen von der Allgemeinen Relativitätstheorie zu Tage bringen kann. Solche Abweichungen werden von Theorien vorhergesagt, die von einer langsamen Veränderung der Feinstrukturkonstanten ausgehen.
Axel Tillemans
