Der Gravitomagnetismus, eine theoretische Idee seit 1918, ist eine vorhergesagte Folge der Allgemeinen Relativitätstheorie, aus der er abgeleitet wurde. Seine Existenz wurde experimentell nachgewiesen, aber angeblich nur einmal, und es gibt bestimmte Varianten der Wirkung, die mehr oder weniger durch die Beweise gestützt werden. Ein internationales Team behauptete, den Effekt Mitte der 90er Jahre anhand von Daten der Raumsonden LAGEOS I und LAGEOS II entdeckt zu haben. Der gemessene Effekt lag innerhalb von 10 % der von der allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagten, obwohl einige Wissenschaftler immer noch an der Gültigkeit dieser Ergebnisse zweifeln. Im Jahr 2004 brachten Stanford-Physiker die Gravity Probe B auf den Markt, ein äußerst empfindliches Gyroskop-Paket, um den Gravitomagnetismus im Weltraum mit viel größerer Präzision zu messen. Seine Daten werden derzeit analysiert.
Nachdem Einstein seine Allgemeine Relativitätstheorie vorgestellt hatte, dauerte es Jahrzehnte, um alle vorhergesagten Konsequenzen auszuarbeiten. Am bekanntesten ist die fundamentale Äquivalenz zwischen Materie und Energie, die anschaulich durch die Atombombe demonstriert wird. Lorentz-Kontraktion, die Zunahme der Masse und Abnahme der Länge, die ein Beobachter von außen beobachtet, wenn er ein Objekt betrachtet, das sich mit relativistischen Geschwindigkeiten (nahezu Licht) bewegt, ist ein anderes und wurde experimentell bestätigt. Es ist bekannt, dass die Zeit bei Objekten, die sich mit einer Geschwindigkeit nahe der des Lichts bewegen, langsamer oder sogar deutlich weniger vergeht – der Effekt wurde bei Atomuhren beobachtet, die die Erde umkreisen.
Diese schlecht belichtete und getestete Folge, der Gravitomagnetismus, bezieht sich auf das Feld, das angeblich erzeugt wird, wenn ein massiver Körper schnell rotiert. Gravitomagnetismus wird irreführend genannt – er ist nicht magnetisch – die erzeugte Kraft entsteht durch die Schwerkraft, nicht durch den Elektromagnetismus. Aufgrund der mathematischen Ähnlichkeit zwischen den Gleichungen, die diesen Effekt beschreiben, und der Erzeugung eines Magnetfelds wird es jedoch Gravitomagnetismus genannt. So wie bei der Rotation eines geladenen Objekts ein Magnetfeld entsteht, entsteht bei der Rotation eines massiven Körpers ein gravitomagnetisches Feld. Die mathematische Beschreibung der beiden ist funktionell ähnlich. Der Effekt könnte genauso gut als Gravitationsrotationsfeld bezeichnet werden, ein Begriff, der weniger irreführend sein könnte.
Es wird erwartet, dass ein sehr starkes gravitomagnetisches Feld um supermassereiche Schwarze Löcher herum beobachtet wird, die sich sehr schnell drehen. Diese Schwarzen Löcher können eine Masse haben, die millionenfach größer ist als die der Sonne und sich mit einer rasenden Geschwindigkeit drehen. Hier im Sonnensystem wird der Effekt jedoch als sehr klein vorhergesagt – in der Größenordnung von einigen Teilen pro Billion im Gesamtschema der Gravitationswechselwirkungen – was eine Beobachtung ohne empfindliche Sensoren oder die Nähe zu massereichen Planeten oder der Sonne schwierig macht .
Die Schwerkraftsonde B von Stanford war äußerst empfindlich. Es enthielt ein Gyroskop mit einem Objekt, das bis zu 40 Atomdurchmessern kugelförmig war und eine nahezu homogene Dichteverteilung aufwies. Das Gyroskop wurde entwickelt, um Gravitomagnetismus zu erkennen, und sollte „Frame-Dragging“ messen – die Quelle des vorhergesagten Effekts ist eine kleine Verdrehung der Raumzeit, die durch die rotierende Masse erzeugt wird. Ein rotierendes Gyroskop in einem Vakuum sollte sich mit fast perfekter Gleichmäßigkeit drehen, aber es wird vorhergesagt, dass der Gravitomagnetismus dies leicht stört. Der einfache Weg, sich Frame-Draging vorzustellen, besteht darin, sich eine Kugel vorzustellen, die sich auf einem gespannten Laken dreht, die eine leichte Drehung im Laken erzeugt und gleichzeitig eine große Vertiefung erzeugt.
Ein weiterer vorhergesagter Effekt ist, dass wenn ein Satellit die Erde in einem perfekten Kreis umkreist, er aufgrund des leichten Wirbels, der von der sich drehenden Erde erzeugt wird, tatsächlich an einem etwas anderen Ort landet. Eine Schwierigkeit bei der Messung des Gravitomagnetismus besteht darin, dass die äquatoriale Ausbuchtung der Erde Diskrepanzen im Satelliten-/Gyroskop-Verhalten erzeugt, die korrekt von anderen Daten subtrahiert werden müssen, um die Größe des echten Frame-Dragging zu messen.
Obwohl eine große Datenmenge von der Gravity Probe B zurückgegeben wurde, läuft die Analyse noch. Gravitomagnetismus ist ziemlich mysteriös und wird derzeit kaum verstanden. Ob der Effekt praktische Anwendungen haben wird oder nicht, werden wir wahrscheinlich erst in einigen Jahrzehnten wissen.