Periheldrehung

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Nach dem ersten Keplerschen Gesetz bewegt sich ein Planet auf einer Ellipsenbahn um die Sonne. (Das war ein Durchbruch: Für die Astronomen vor Kepler kam prinzipiell nur ein Kreis in Frage, wegen dessen göttlicher Einfachheit.) Die Ellipsenbewegung folgt aus dem Newtonschen Gravitationsgesetz (1687), wonach die Anziehungskraft mit dem Quadrat des Abstandes fällt. Jede Abweichung von diesem 1/r²-Gesetz führt unweigerlich zu einer Abweichung von der Ellipsenbahn. Der Planet durchläuft eine Rosette. Die Ellipse ist also nicht mehr raumfest. Ihre große Achse, die Verbindung von Perihel und Aphel dreht sich im Laufe der Zeit in der Bahnebene.

Zu einer Periheldrehung muss es kommen, weil ein Planet ja nicht nur die Anwesenheit der Sonne spürt, sondern auch die aller anderen Planeten. Das strikte Kraftgesetz zwischen Planet und Sonne ist gestört. So etwas ist noch im Rahmen der Newtonschen Theorie behandelbar und bewirkt beim Merkur beispielsweise, dass sich z.Z. sein Perihel in hundert Jahren um etwa 532 Bogensekunden (das sind 1/7 Grad) in Richtung des Bahnumlaufs verschiebt. Die gemessene Periheldrehung ist um 43 Bogensekunden pro Jahrhundert größer als von der Newtonschen Theorie des Planetensystems vorhergesagt. So etwas lässt keinen Astronomen ruhig schlafen. Im 19. Jh. nahmen Himmelsmechaniker wie der Neptunberechner und spätere Direktor des Pariser Observatoriums Urbain Jean Joseph Leverrier an, es müsse noch innerhalb der Merkurbahn ein weiterer Planet kreisen. Man suchte sogar nach dem «Vulkan». Einige, wie der Dessauer Apotheker und Sonnenfleckenforscher Heinrich Schwabe, glaubten gar, den Störenfried vor der Sonnenscheibe vorbeiziehen gesehen zu haben. (1843 sollte er etwas richtiges entdecken: den 11-jährigen Sonnenfleckenzyklus.) Doch diesmal trug nicht ein hypothetischer Himmelskörper Schuld an der Nichtübereinstimmung zwischen Theorie und Beobachtung. Wie Albert Einstein 1916 herausfand, muss die Newtonsche Gravitationstheorie selbst abgeändert werden. In der Nähe großer Massen gilt das 1/r²-Gesetz nicht mehr streng. In Einsteins Theorie von der Gravitation, seiner Allgemeinen Relativitätstheorie, taucht ein charakteristischer Radius auf, der sogenannte Schwarzschild- oder Gravitationsradius. (In der Newtonschen Theorie fehlt eine solche ausgezeichnete Skala, weshalb sich, egal wie groß der Abstand zwischen zwei Massepunkten auch sein mag, ein durchgängiges Potenzgesetz ergibt.) Da der Schwarzschildradius klein ist, verglichen mit den Abständen im Planetensystem — bei der Sonne beträgt er ganze drei Kilometer —, ist das bisher nur beim Merkur, dem sonnennächsten Planeten, aufgefallen. Alle Versuche, die 43 Bogensekunden pro Jahrhundert irgendwie doch noch im Rahmen der Newtonschen Mechanik zu erklären, z.B. durch einen schnell rotierenden und also etwas abgeplatteten Sonnenkern, sind gescheitert.

geändert: 14.04.2004

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