Lense-Thirring-Effekt

Der Lense-Thirring-Effekt (auch: Frame-Dragging-Effekt) ist ein im Jahr 1918 von dem Mathematiker Josef Lense und dem Physiker Hans Thirring^[1] theoretisch vorhergesagter physikalischer Effekt, der sich aus der Allgemeinen Relativitätstheorie ergibt. Er fällt in die Klasse der gravitomagnetischen Effekte.

Der Effekt beschreibt die Beeinflussung des lokalen Inertialsystems durch eine rotierende Masse, was man sich vereinfacht (und dementsprechend nicht ganz präzise) so vorstellen kann, dass die rotierende Masse den Raum um sich herum wie eine zähe Flüssigkeit geringfügig mitzieht und dadurch die Raumzeit verdrillt.

Experimenteller Nachweis

Derzeit wird noch diskutiert, ob den Wissenschaftlern um Ignazio Ciufolini von der Universität Lecce und Erricos Pavlis von der University of Maryland in Baltimore im Jahr 2004 der experimentelle Nachweis des Effektes gelungen ist. Sie vermaßen dafür die Bahnen der geodätischen Satelliten LAGEOS 1 und 2 präzise. Deren Position und Lage sollte von der sich drehenden Masse der Erde beeinflusst werden. Die Genauigkeit der Tests mit den Satelliten LAGEOS ist derzeit umstritten, Schätzungen reichen von^[2] 10% auf^[3][4] 20-30% und sogar darüber hinaus.

Die beiden Satelliten wurden 1976 und 1992 in eine Umlaufbahn gebracht, um kleine Effekte auf der Erdoberfläche wie das Driften der Kontinente, nacheiszeitliche Hebungsvorgänge und jahreszeitliche Schwankungen der Erdrotation zu bestimmen. Ihre Position lässt sich mit Hilfe reflektierter Laserstrahlen auf 1 bis 3 cm genau messen, so dass die Verdrillung der Raumzeit quantitativ mit den rund 400 kg schweren Erdtrabanten bestimmt werden kann. Dabei bewegen sich gemäß der theoretischen Vorhersage die Verdrehungswinkel der Raumzeit durch die rotierende Erdmasse bei etwa 12 Millionstel Grad. Wenn der Effekt tatsächlich existiert, so müssen die beiden Satelliten den gekrümmten Flugbahnen der verdrillten Raumzeit folgen.

Trotz möglicher Fehlerquellen durch das uneinheitliche Schwerefeld der Erde reichten die zentimetergenauen Positionsbestimmungen der LAGEOS-Satelliten nach Meinung der Experimentatoren aus, um diesen relativistischen Effekt nachzuweisen.

Ein weiteres Nachweis-Experiment wurde zwischen 28. August 2004 und 14. August 2005 mit Hilfe des NASA-Forschungssatelliten Gravity Probe B durchgeführt. Auch diesem Experiment ist mittlerweile, trotz einer unerwarteten Fehlerquelle, nach Ansicht der Experimentatoren der Nachweis des Effekts gelungen. Bald wurde klar, dass die angestrebte Genauigkeit von 1 % der Effektgröße um mindestens einen Faktor 2 verfehlt worden war.^[5] Die endgültige Auswertung ergab einen Wert, der bis auf 5 % der Vorhersage der allgemeinen Relativitätstheorie von -39,2 Millibogensekunden pro Jahr entsprach.^[6]. Die letzten Auswertungen (April 2011) der Daten ergaben eine erneute Bestätigung dieses Effektes.^[7][8]

Im Februar 2012 startete an Bord der ersten Rakete vom Typ VEGA die LARES-Mission mit dem primären Ziel der endgültigen Bestätigung des Effektes. Die Mission ist auf einen Betrieb bis 2016 ausgelegt.^[9]veraltet Die tatsächliche erreichbare Genauigkeit wird kontrovers diskutiert.^{[10][11][12][13][14][15][16][17][18][19][20]}

Auswirkungen

Der Lense-Thirring-Effekt wird außerdem für die enorme Leuchtkraft von Quasaren verantwortlich gemacht. Er ermöglicht dem in ein schwarzes Loch fallenden Plasma der Akkretionsscheibe eine stabile Umlaufbahn sehr dicht am Schwarzschildradius, wodurch dieses heißer werden kann als bei einem nicht rotierenden schwarzen Loch und folglich stärker strahlt.

Außerdem sind die zusammen mit dem Plasma verdrehten Magnetfelder wahrscheinlich für die starke Beschleunigung und Fokussierung der Jets verantwortlich.

Literatur

• Remo Ruffini, Costantino Sigismondi: Nonlinear gravitodynamics – the Lense–Thirring effect; a documentary introduction to current research. World Scientific, Singapore 2003, ISBN 978-981-238-347-1
• Bernhard Wagner: Gravitoelektromagnetismus und Lense-Thirring Effekt., Dipl.-Arb.Uni Graz, 2002

Einzelnachweise