Einsteins voorspelling dat roterende aarde ruimte vervormt klopt

Opnieuw heeft Einsteins relativiteitstheorie een experimentele test met glans doorstaan. Ditmaal gaat het om het Lense-Thirring-effect, ook wel frame dragging genoemd: een roterende massa sleept de ruimtetijd in zijn directe omgeving een beetje met zich mee. Ignazio Ciufolini (Universiteit van Lecce) en Erricos Pavlis (Universiteit van Maryland) hebben aan de hand van metingen van verstoringen van de baanposities van twee Nasa-satellieten het effect gemeten. Hun waarde voor de frame dragging kwam voor 99 procent overeen met wat Einstein voorspelde (Nature, 21 okt).

Einstein publiceerde zijn algemene relativiteitstheorie in 1916. Volgens deze theorie van de zwaartekracht brengt massa in zijn omgeving een kromming van de ruimtetijd teweeg. Zo buigt sterlicht dat langs de zon scheert een beetje af, een effect dat in 1919 tijdens een zonsverduistering door Eddington is waargenomen – en dat Einstein in een klap wereldberoemd maakte. Maar er zijn meer effecten, bijvoorbeeld als gevolg van de rotatie van massa. In 1918 toonden de Oostenrijkers Joseph Lense en Hans Thirring aan dat roterende massa's de omringende ruimte een beetje met zich meeslepen. In geval van de aarde gaat het om een miniem effect en de prestatie van Ciufolini en Pavlis is vooral dat ze het uit satellietdata, waarbij ook tal van andere verstoringen spelen, hebben weten te isoleren.

Het tweetal analyseerde de banen van twee satellieten, Lageos-1 en Lageos-2, door de Nasa in 1976 en 1992 in een baan op 12.000 km hoogte gebracht. Ze bestaan beide uit een passieve, compacte bol met reflectoren erop. Via lasers vanaf de aarde zijn hun posities tot op enkele millimeters nauwkeurig te volgen, wat heeft geleid tot betere kennis van het inhomogene aardse zwaartekrachtsveld (o.a. door toedoen van bergketens). Bij hun analyse betrokken Ciufolini en Pavlis in totaal 100 miljoen laserbepalingen die in de periode 1993-2003 door 50 grondstations aan beide Lageos-satellieten zijn verricht. Daarbij keek het duo naar de verschuiving van de snijpunten van beide satellietbanen met het equatorvlak van de aarde.

Door frame dragging kruipen die knopen met een slakkengang van 1,9 meter per jaar van hun plaats. Dat is veel minder dan de vele duizenden kilometers per jaar die de inhomogeniteit van het aardse zwaartekrachtsveld aan verschuiving veroorzaakt. Maar dankzij nieuwe geodetische satellieten zijn de inhomogeniteiten van het aardse zwaartekrachtsveld inmiddels zo goed bekend dat Ciufolini en Pavlis de frame dragging er toch uit hebben weten te filteren. De totale onzekerheid in hun uitkomst schatten ze op 10 procent. De afgelopen april gelanceerde Gravity-probe B, die gyroscopen aan boord heeft, moet dat getal in 2006 terugbrengen naar 1 procent.