Der theoretische Physiker Albert Einstein (1879–1955) gilt als einer der bedeutendsten Wissenschaftler und Vordenker aller Zeiten. Auf ihn gehen etwa die berühmte Formel E=mc² oder natürlich die Relativitätstheorie zurück. Darüber hinaus legte er die Basis für viele weitere Forschungsprojekte anderer Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler.
Das trifft auch auf den Frame-Dragging-Effekt zu, ein wichtiges Gravitationsphänom. Einem Team ist es nun mithilfe von LARES-2-Satelliten gelungen, diesen Effekt mit hoher Genauigkeit im Erdorbit zu messen. Das wiederum bestätigt eine Vorhersage der Allgemeinen Relativitätstheorie Einsteins mit einer relativen Unsicherheit von etwa 0,2 Prozent.
Was ist der Frame-Dragging-Effekt?
Der sogenannte Frame-Dragging-Effekt, teilweise auch als Lense-Thirring-Effekt bezeichnet, beschreibt ein fundamentales Phänomen der Gravitation. Dabei zieht eine rotierende Masse – wie in diesem Fall der Erdball – die sie umgebende Raumzeit buchstäblich mit in die Rotation. Als bildhaftes Beispiel kann man etwa ein Glas Honig heranziehen, in dem sich eine Kugel befindet.
Bewegt sich diese Kugel nicht, dann tut es der Honig um sie herum auch nicht. Beginnt die Kugel dann allerdings, sich zu drehen, dann wird sich bis zu einer gewissen Ausdehnung auch der Honig um sie herum bewegen. Würde man dann ein weiteres Objekt wie eine kleinere Kugel in die sich bewegende Masse werfen, dann würde diese die Rotationsbewegung aufnehmen, statt sich kerzengerade auf das Zentrum der Rotation zuzubewegen.
Der Name Lense-Thirring-Effekt bezieht sich auf die beiden Begründer der Theorie, Josef Lense und Hans Thirring. Die beiden österreichischen Physiker berechneten den Effekt 1918 erstmals exakt. Allerdings nutzten sie dafür Feldgleichungen Albert Einsteins. Der bekannte Physiker skizzierte in einigen Entwürfen bereits 1913/14 eine Vorstufe des Mitzieheffektes, für den zudem Einsteins Relativitätstheorie das Fundament legte.
Präzisere Annäherung an Einsteins Berechnung
Diese Theorie war zum damaligen Zeitpunkt auch deshalb so bemerkenswert, weil sie mit der vorherrschenden Newtonschen Mechanik brach. In dieser spielt nämlich die Eigenrotation eines Himmelskörpers für das Gravitationsfeld im Außenraum keine Rolle. Dass die Bewegung von Masse das Schwerefeld verändert, ist ein Ergebnis der Relativitätstheorie.
Schaut man sich mit Blick auf den beschriebenen Effekt die rotierende Erde an, dann leitet sich daraus ab, dass auch der Erdball das unsichtbare Gefüge der Raumzeit in seine Rotationsrichtung mitzieht. Das hat beispielsweise zur Folge, dass ein Satellit in der Umlaufbahn seine Bahnebene langsam verschiebt.
Was die exakteren Messungen bringen
Je dichter man sich an der Erdoberfläche befindet, desto geringer ist dieser Effekt, allerdings verschwindet er nicht gänzlich. Dem Forschungsteam ist es nun auf Basis vieler Messungen über einen längeren Zeitraum hinweg gelungen, die Auswirkungen nachzuweisen und zu berechnen. Dafür wertete das Team rund 200.000 einzelne Messungen aus einem Zeitraum von über 1.000 Tagen aus, der sich zwischen Juli 2022 und Juni 2025 erstreckte.
Zwar konnte der Frame-Dragging-Effekt in der Vergangenheit bereits auf verschiedenen Wegen bewiesen werden. Allerdings entspricht der Wert der relativen Unsicherheit von circa 0,2 Prozent fast einer zehnfachen Verbesserung des bisherigen Wertes in dieser Hinsicht.
Die aktuellen Erkenntnisse, die bei „Nature“ veröffentlicht wurden, bestätigen dadurch nicht nur die geltende Physik. Gleichzeitig werden alternative Gravitationstheorien eingeschränkt. Daraus kann man zum einen Rückschlüsse auf die Verformung der Erde und zum anderen auf das ebenfalls rotierende Umfeld Schwarzer Löcher ziehen, allerdings sind diese mit Vorsicht zu genießen, da die Messwerte nicht vergleichbar sind.