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Planet auf Abwegen

Die erste Überprüfung der allgemeinen Relativitätstheorie durch astronomische Beobachtungen betraf freilich eine Situation, in der sich Newtonsche und Einsteinsche Vorhersagen nur sehr wenig unterscheiden. Schauplatz ist unsere direkte kosmische Nachbarschaft, Prüfstein die Bahnbewegung des Merkur, des innersten Planeten unseres Sonnensystems. Gemäß der vor-einsteinschen Physik (in diesem Falle: gemäß der Keplerschen Bahngesetze, die sich aus der Newtonschen Mechanik ableiten lassen) sollte sich ein einsamer Planet bei seinem Umlauf um eine Sonne auf einer Ellipsenbahn bewegen, in deren einem Brennpunkt die Sonne steht:

Ellipsenbahn Planet

Die Einsteinsche Theorie sagt für solch einen Planeten eine etwas andere Bahn voraus: keine geschlossene Ellipse, sondern eine Art Rosette, bei welcher sonnennächster und sonnenfernster Bahnpunkt (in der Sprache der Astronomen: Perihel und Aphel) bei jedem Umlauf ein wenig weiterwandern, wie hier, bewusst übertrieben, dargestellt:

Periheldrehung Planetenbahn

In unserem Sonnensystem, in dem es nicht nur ein einsames Sonne-Planet-Paar, sondern viele Planeten gibt, ist die Situation zwar komplizierter. Dort kann das gegenseitige Ziehen der Planeten aneinander auch ohne Einstein für eine rosettenartige Verschiebung sorgen. Und doch: beim Merkur beobachteten die Astronomen einen zusätzlichen, auch unter Berücksichtigung aller bekannten Planeten nicht erklärbaren Beitrag zur Rosettenbewegung. Eine einfache Rechnung im Rahmen der allgemeinen Relativitätstheorie ergab dagegen ohne weitere Zusatzannahmen genau den beobachteten zusätzlichen Verschiebungseffekt. Da die Astronomen die Rosettenverschiebung anhand des sonnennächsten Punkts definieren, des Perihels, heißt dieser Beitrag relativistische Periheldrehung. Beim sonnennahen, schnellen Merkur ist die relativistische Korrektur am größten; in jüngerer Zeit konnte sie auch für die Venus, die Erde und den Mars nachgewiesen werden.