Elliptische Umlaufbahn: Galileo-Satelliten werden für die Forschung eingesetzt

Rotverschiebung statt Positionsbestimmung: Die zwei Galileo-Satelliten Milena und Doresa sollen Forschern dabei helfen, eine Vorhersage der Relativitätstheorie nachzuweisen. Da sie auf elliptischen Bahnen um die Erde kreisen, eignen sie sich dazu besser als für die Navigation.

Artikel veröffentlicht am 1. September 2015, 13:13 Uhr, Werner Pluta

Galileo-Satellit: hochpräzise Atomuhren. zwei Höhenänderungen am Tag (Bild: P. Carril/Esa)

Vom Navigations- zum Forschungssatelliten: Die beiden falsch ausgesetzten Galileo-Satelliten werden künftig dazu eingesetzt, die gravitative Rotverschiebung zu erforschen.

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Die Satelliten Milena und Doresa kreisen auf einer elliptischen Bahn um Erde statt auf einer kreisförmigen. (Grafik: Esa)

Die Rotverschiebung ist eine Folge der gravitativen Zeitdilatation, also der Beeinflussung der Zeit durch Gravitation: Zeit vergeht in einem Gravitationsfeld langsamer als außerhalb des Feldes. Bezogen auf das Licht bedeutet das, dass sich seine Frequenz, wenn es sich vom Gravitationszentrum entfernt, geringer ist, sich also in Richtung Rot verschiebt.

Die Rotverschiebung soll genauer nachgewiesen werden

Diese Rotverschiebung hat Albert Einstein in der allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagt. Claus Lämmerzahl vom Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation der Universität Bremen will die Satelliten, die die Namen Milena und Doresa haben, dazu einsetzen, den Effekt der Rotverschiebung genauer nachzuweisen. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat die Umwidmung der beiden Navigationssatelliten genehmigt.

Milena und Doresa waren im vergangenen Jahr falsch ausgesetzt worden und umkreisen deshalb die Erde nicht auf einer kreisförmigen, sondern auf einer elliptischen Bahn in einer Höhe zwischen 17.500 und 25.000 Kilometern.

Die Satelliten ändern die Höhe

Beide Satelliten verfügen über hochpräzise Atomuhren. Zudem ändern die beiden Satelliten zweimal am Tag ihre Höhe um etwa 8.000 Kilometer. Damit liefern sie wertvolle Daten für Lämmerzahl. Sein Ziel ist es, die Rotverschiebung mit einer Genauigkeit nachzuweisen, die um den Faktor 10 besser als das Ergebnis eines Raketenversuchs aus dem Jahr 1976 ist. Das war das bis dato genaueste Experiment zur Rotverschiebung. Damit konnte der Einfluss der Gravitation auf die Zeit bis auf die vierte Stelle nach dem Komma nachgewiesen werden.

Milena und Doresa sollten der fünfte und der sechste Satellit für das europäische Satellitennavigationssystem Galileo sein. Wegen eingefrorener Treibstoffleitungen setzte die russische Sojus-Trägerrakete sie auf einer falschen Umlaufbahn aus. Ende vergangenen Jahres hatte die europäische Raumfahrtagentur (European Space Agency, Esa) die Satelliten auf eine andere Umlaufbahn befördert.

Galileo bekommt neue Satelliten

Die gesamte Konstellation für das europäische Navigationssystem soll aus 30 Satelliten bestehen, die in etwa 24.000 Kilometern Höhe um die Erde kreisen. Davon sollen 27 aktiv sein und drei als Ersatz dienen. Derzeit sind acht Satelliten im Orbit, davon eben zwei auf anderen Orbits als geplant. Ein weiterer Satellit ist seit Mai 2014 ausgefallen. Bis 2019 sollen diese Satelliten in die Umlaufbahn geschossen werden. Die nächsten beiden starten in wenigen Tagen.

Galileo sollte seit 2008 im Einsatz sein. Wegen diverser Querelen, finanzieller Schwierigkeiten und politischen Drucks aus den USA verzögerte sich das Projekt jedoch. Ein Streit zwischen den Eignern des Satellitenkonsortiums European Satellite Navigation Industries (ESN) hätte Ende 2007 beinahe das Aus für Galileo bedeutet.