Welt der Naturwissenschaften
(Scientific Medley)

 Jahresübersicht 2006

Die Gedankenfreiheit ist die einzig wahre und die größte Freiheit, die der Mensch erreichen kann.
(Maxim Gorki)

21. November 2024

Kurz nach Weihnachten erfüllte sich Europa einen lang gehegten Wunsch. Ende Dezember 2005 begann mit einem von einer russischen Rakete transportierten Testsatelliten der Aufbau des Navigationssystems „Galileo“, das ab 2010 eine genaue Ortsbestimmung überall auf der Erde ermöglichen soll. Als Konkurrent zum US-System GPS („Global Positioning System“) soll Galileo den Weg in ein neues europäisches technologisches Zeitalter weisen und die Abhängigkeit von den USA verringern. Das Satellitensystem als Gemeinschaftsprojekt der Raumfahrtagentur ESA und der EU war ein enormer Kraftakt. Jahrelang war um Finanzierung und Standorte gestritten worden. Erst vor einem Monat einigten sich die beteiligten Staaten darauf, dass die Kontrollzentren für den technischen Betrieb nach Oberpfaffenhofen bei München und Fucino bei Rom kommen. Die Betreibergesellschaft soll in Toulouse und London angesiedelt werden.

Die Satelliten des amerikanischen GPS-Systems befinden sich auf festgelegten Erdumlaufbahnen. Mit Hilfe dieses Systems können Benutzer eines GPS-Empfangsgerätes ihre genaue Position bestimmen. Das GPS-Gerät misst dabei die Signalzeit von Satelliten zum Empfänger und berechnet die Entfernung. Zur Bestimmung von Längengrad und Breitengrad benötigt das Gerät die Signale von drei Satelliten. Soll zusätzlich auch die genaue Höhe ermittelt werden, ist ein viertes Signal erforderlich. Voraussetzung für die Funktion sind extrem genaue Atomuhren an Bord der Satelliten.

Jede satellitengestützte Ortsbestimmung liefert nur dann richtige Werte, wenn Einsteins Relativitätstheorie berücksichtigt wird. Demnach gehen ruhende Uhren schneller als bewegte. Die Atomuhren an Bord von GPS-Satelliten gehen aufgrund der Bahngeschwindigkeit jeden Tag etwa sieben Mikrosekunden im Vergleich zu den systemgleichen Uhren auf der Erde nach. Zusätzlich muss die Schwerkraft berücksichtigt werden. Atomuhren in großer Höhe unterliegen einer geringeren Gravitationskraft als die Uhren auf der Erdoberfläche. Dadurch laufen die Rubidium-Atomuhren wegen der von Einstein richtig vorausgesagten und berechneten Krümmung der Raumzeit 45 Mikrosekunden pro Tag schneller als die Uhren auf der Erde. Insgesamt ergibt sich somit ein Unterschied von 38 Mikrosekunden pro Tag. Das erscheint auf den ersten Blick wenig, aber ein Satellitensystem, das die Effekte der Relativitätstheorie nicht berücksichtigt, würde Fehlangaben von mehreren Kilometern erzeugen.

Es gibt angeblich immer noch arglose Zeitgenossen, die die Relativitätstheorie für ein Hirngespinst halten, obwohl jedes mit GPS bestückte Auto, Schiff oder Flugzeug eine veritable „Einsteinmaschine“ an Bord hat.

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Helden der Wissenschaft:
Roger Penrose
(* 1931) berechnete gemeinsam mit Stephen Hawking die Verteilung von Masse und Energie im Universum und bewies die Existenz von Schwarzen Löchern.