Galileo-Satelliten Glück im Blöd-gelaufen

Start der Soyuz-Rakete VS13, die die beiden Galileo-Satelliten 11 und 12 wie geplant in ihren Orbit transportiert.
Start der Soyuz-Rakete VS13, die die beiden Galileo-Satelliten 11 und 12 wie geplant in ihren Orbit transportiert.

»Yippie« dachten sich wohl die Forscher des ZARM als sie erkannten, dass die falsche Umlaufbahn von zwei Galileo-Satelliten ein Glücksfall für ihre Relativitäts-Forschung war. Jetzt, vier Jahre später, veröffentlichen sie ihre Ergebnisse.

Am 22. August 2014 startete eine russischen Soyuz-Rakete, die die beiden Satelliten Galileo 5 und 6 an Bord hatte. Aufgrund einer Fehlfunktion der Oberstufe dieser Rakete konnten die Satelliten jedoch nicht in die vorhergesehene kreisförmige Umlaufbahn in ca. 23.500km Höhe gebracht werden. Stattdessen fliegen sie auf einer elliptischen Bahn, auf der sie zweimal täglich ihre Höhe um ca. 8.700 Kilometer ändern. Da es zunächst danach aussah, dass die Satelliten dadurch nicht für das Galileo Positionierungssystem genutzt werden können, zog man deren Abschaltung in Erwägung – doch es kam anders.

Gravitationsphysiker des Zentrums für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) der Universität Bremen schlugen vor, die Satelliten zusammen mit den mitgeführten Atomuhren zu nutzen, um einen verbesserten Test der gravitativen Rotverschiebung durchzuführen. Dieser Effekt ist eine der zentralen Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie, die Albert Einstein vor 100 Jahren aufstellte. Sie besagt, dass Gravitation – in diesem Fall die Erdanziehungskraft – die Zeit beeinflusst: Uhren laufen mit zunehmender Entfernung von der Erde, also im Weltraum, schneller als identische Uhren auf der Erde.

Zusammen mit Partnern der TU München und dem DLR-Projekt RELAGAL (Test of RELAtivity theory with GALileo satellites), ist es dem ZARM-Team nun gelungen, die gravitative Rotverschiebung um den Faktor vier genauer als bisher zu bestätigen. Das ist die erste Verbesserung dieses Tests der Relativitätstheorie seit mehr als 40 Jahren. Eine parallele Analyse eines französischen Teams kam zu einem ähnlichen Ergebnis. Die Rotverschiebung hat große praktische Bedeutung in der Positionierung, der Navigation, bei der Definition der Internationalen Atomzeit sowie in der Erdvermessung und Geophysik. Beide Resultate wurden in der Zeitschrift Physical Review Letters publiziert.

Und wie geht es nun mit den beiden Satelliten weiter? Ein Mitarbeiter des deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) konnte uns versichern, dass die Satelliten weiterhin verwendet werden. Das Relativitätsprojekt wird »offline« weiterlaufen, also ohne offizielle Unterstützung der ESA, aber weiterhin mit Unterstützung des DLR. Solange die Satelliten gültige Signale senden können, werden die Forscher die Daten sammeln, um die bisher erzielten Ergebnisse zu verfeinern. Außerdem werden die beiden Satelliten einen Such- und Rettungsdienst bereitstellen, einer der vielen parallelen Dienste, die von Navigationssatelliten angeboten werden. Sobald einige Probleme über die Veränderung ihrer Umlaufbahnen ausgebügelt wurden, können sie wahrscheinlich auch für den normalen Navigationsbetrieb bis zu einem gewissen Grad verwendet werden.