Die Allgemeine Relativitätstheorie von Albert Einstein bildet das Fundament unseres physikalischen Weltbilds. Sie erklärt das Phänomen der Gravitation über das Konzept der Raumzeitkrümmung: Je größer eine Masse im All ist, desto stärker verformt sie diese unsichtbare Matrix des Kosmos. Dadurch kreisen Planeten um ihre Sonne, Licht wird in der Nähe großer Massen abgelenkt und selbst die Zeit wird gedehnt.
Rotation verzerrt Raumzeit
Doch Einsteins Relativitätstheorie sagt noch einen Effekt voraus: das Frame-Dragging. Wenn sich ein Objekt mit großer Masse im All dreht, dann schleift es die umgebende Raumzeit leicht mit. Dadurch verzerrt und verdrillt sich diese ein wenig. Der Effekt ist vergleichbar mit der Bewegung von zähflüssigem Honig um einen sich drehenden Löffel. Bei massereichen Objekten wie rotierenden Schwarzen Löchern oder Pulsaren haben Astronomen dieses auch als Lense-Thirring-Effekt bezeichnete Phänomen bereits nachgewiesen.
Dieser Frame-Dragging-Effekt müsste auch bei unserem Planeten auftreten. Das Problem jedoch: Weil die Erde eine viel geringere Masse hat als ein Schwarzes Loch, ist auch diese Verzerrung der Raumzeit bei ihr schwächer – und entsprechend schwer zu messen. Hinzu kommt, dass die Erde keine perfekte Kugel ist, sondern leicht abgeplattet. Auch ihr Schwerefeld gleicht eher einer verbeulten Kartoffel als einem Ball.
Als wäre dies nicht schon kompliziert genug, kommen auch externe Schwerkrafteinflüsse ins Spiel: Unser Planet steht nicht isoliert im Raum, sondern wird von den Gezeitenkräften der Sonne, des Mondes und der Nachbarplaneten beeinflusst. All dies muss bei Messungen des Frame-Dragging-Effekts berücksichtigt werden.
Fliegende Diskokugeln als Messhelfer
Eine Lösung für dieses Problem bieten zwei spezielle Satelliten: der Laser Geodynamics Satellite (LAGEOS) der NASA und der italienische Laser Relativity Satellite 2 (LARES-2). Sie umkreisen die Erde in gut 12.000 Kilometer Höhe und ähneln eher überdimensionierten Golfbällen als klassischen Satelliten. Denn die Kugelsatelliten besitzen weder Solarsegel noch andere bewegliche Teile. Stattdessen ist ihre Aluminiumoberfläche mit hunderten kleinen Reflektoren übersät. „LAGEOS ist von eleganter Einfachheit – einfach ein von spiegelnden Prismen bedeckter Ball“, erklärt Stephen Merkowitz vom Goddard Space Flight Center der NASA.
