Zeit im Weltraum?

Wissenschaft Physik
#1

Hallo Experten,

In einem Bericht über das GPS System und vor allem dessen Satelliten wurde mal berichtet (bei nano), dass die Satelliten Atomuhren an Bord hätten, um immer synchron dieselbe richtige Zeit zu haben. So weit so gut.

Nun hat man aber festgestellt, dass diese Atomuhren vor gehen, also zu schnell laufen. Deswegen müssten sie mit (baugleichen?) irdischen Atomuhren regelmäßig per Funkbefehl neu synchronisiert werden.

Begründet wurde diese Tatsache mit der Ferne der Satelliten von Masse, also hier mit der Entfernung von der Erde. So weit so gut.

Aus älteren Informationen glaube ich mich zu erinnern, dass Menschen in einem möglichst schnellen Raumschiff weniger schnell altern, als die Zeitgenossen zu Hause, weil die hohe Geschwindigkeit des Raumschiffes die Zeit langsamer ablaufen lässt. Jetzt wird’s eng und nicht mehr so gut. Denn wenn dieses Raumschiff von nennenswerten Massen im Raum weit entfernt ist, müsste die Raumschiff-Uhr nach der GPS-Logik ja wieder schneller laufen.

Ist’s also nichts mehr mit langsamer leben bei schnellem Aufbruch zu fernen Welten, wenn der Weg dorthin durch weitgehend massefernen Raum geht?

Weiß da wer was dazu?

Gruß
Pat

#2

Hallo Pat!

Weiß da wer was dazu?

Ja.

Es sind tatsächlich zwei Effekte. Beide hängen mit der Relativität zusammen, der eine mit der speziellen, der andere mit der allgemeinen. Der eine lässt die Uhr schneller laufen, der andere lässt sie langsamer laufen. Die Effekte heben sich TEILWEISE gegenseitig auf, aber eben nicht ganz, so dass die Uhr trotzdem falsch geht. Sowohl Masse als auch Geschwindigkeit lässt Uhren langsamer gehen.

Grüße

Andreas

#3

Hallo!

Du hast Recht, diese beiden Effekte gibt es und sie wirken tatsächlich gegeneinander. Bei den GPS-Satelliten heben sie sich gegenseitig ein wenig auf, der Gravitationseffekt überwiegt dann aber letztendlich.

Für ferne und schnelle Reisen (Stichwort Zwillingsparadoxon) ist das aber egal. Der Effekt durch die hohe Geschwindigkeit kann beliebig groß werden, je nachdem, wie nahe man der Lichtgeschwindigkeit kommt. Der Gravitationseffekt hängt aber (wie der Name schon sagt) von der Gravitation eines Planeten ab und die lässt mit zunehmender Entfernung nach. Nur so als Rechenbeispiel:

Die geostationäre Umlaufbahn ist ungefähr 6 Erdradien vom Erdmittelpunkt entfernt. Wenn wir die Gravitationsfeldstärke in dieser Umlaufbahn willkürlich auf den Wert 1 setzen, dann beträgt sie auf der Erde 36 (quadratisch!). Blicken wir nun in die andere Richtung, in die unendliche Entfernung von der Erde, dann beträgt der Wert dort logischerweise 0. Das bedeutet: Der Graviationseffekt zwischen der Erde und der geostationären Umlaufbahn ist 36mal größer als der Effekt außerhalb davon.

Michael

#4

Hallo,

jetzt kommt’s aber knüppeldick, schon wieder GPS und Relativität *seufz*.

Ich bleibe mal bei dem, was man mit normalen geistigen Bordmitteln bewältigen kann. (Um die relativistischen Effekte wirklich zu verstehen, müsste man sich mit Differentialgeometrie beschäftigen. Mal ehrlich, wer will das schon ?)
http://osg.informatik.tu-chemnitz.de/lehre/old/ws080…
11 Seiten -engl.- ohne Diff-Geometrie

Nun hat man aber festgestellt, dass diese Atomuhren vorgehen, also zu schnell laufen. Deswegen müssten sie mit (baugleichen?) irdischen Atomuhren regelmäßig per Funkbefehl neu synchronisiert werden.

http://de.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_Syst…

Von der Geschwindigkeit liefen die Uhren langsamer, die Gravitation lässt sie schneller laufen, somit Übereinstimmung; in Summe überwiegt der Effekt der geringeren Gravitation. Um den auszugleichen, wurden die GPS-Uhren in der Frequenz angepasst.

„Baugleich“ - naja, im Prinzip. Die GPS-Uhren sind miniaturisiert, um auf den Satelliten montiert werden zu können. Die Rubidiumuhr hat etwa die Größe eines schwarzen Stromzählers, die Cäsiumuhr die einer Kaffemaschine und die Maseruhr passt in eine Sporttasche. Die Master-Uhren dagegen sind in klimatisierten Räumen untergebracht.

Die Masteruhren s. hier:
http://ad.usno.navy.mil/edboard/090113f.pdf
Zwei Satellitenuhren
http://www.irs.uni-stuttgart.de/skript/satsys/M4b_na…
S. 61
(Ich nehme hier mal nicht Kowoma)

Die Synchronisierung:
Alle Satellitenuhren und die Masteruhren der Bodenstation werden rechnerisch zur „Papieruhr“ zusammengefasst und bilden die GPS-Zeit (mein bei Peter Dana angelesenes Wissen, alternativ gilt die Zeit der Bodenstation als GPS-Zeit). Die GPS-Uhren werden ständig überwacht und erhalten rechnerische Korrekturen oder werden neu initialisiert.

Frage: Warum rechnet man nicht den releativistischen Effekt weg ? Wer weiss das.

Aus älteren Informationen glaube ich mich zu erinnern, dass Menschen in einem möglichst schnellen Raumschiff weniger schnell altern, als die Zeitgenossen zu Hause

Ja sicher, davon haben schon die Urgroßeltern und deren Eltern dem kleinen Albert erzählt … *sorry*
Alles folgende, was in diese Richtung geht, läuft bei mir unter „Münchhausen-Physik“:
was passiert, wenn ich auf einer Kanonenkugel sitze … in einem Raumschiff… das mit Lichtgeschwindigkeit …

Die Realität ist aufregend genug - wegen der Relativität
Roland

#5

Ich frage mich gerade ob die Uhren wirklich richtig gehen müssen.
Meines Erachtens reicht es doch wenn die Uhren alle die selbe Zeit haben.

Wenn die Uhrzeit Erde GPS um 10min abweicht ist doch egal.
Bei der Positionsberechnung sind doch nur die gemessenen Unterschiede der Satelliten wichtig.

Also Erde 10:12,00000000

#6

… mit Sat4 kann man bekanntermaßen die Zeitunbekannte rausrechnen.

Roland

#7

Mein Dank an Euch! (owT)
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