Altern wir im Weltraum schneller als auf der Erde? Eine Cäsium-Atomuhr könnte die Antwort liefern

Am 22. April wurde die Internationale Raumstation begrüßte ein neues Instrument, die hochpräzise Pharao-Uhr (für Projekt für eine Atomuhr mit Kühlung von Atomen im Orbit), als Teil der ACES-Mission (Atomic Clock Ensemble in Space) der Europäischen Weltraumorganisation. Dank nahezu unbeweglicher Atome, deren Eigenschaften mit Lasern untersucht werden, weicht das Ticken des Pharaos nur alle 300 Millionen Jahre um eine Sekunde ab (weniger als eine Minute seit dem Urknall). Dadurch können wir wie nie zuvor die Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie testen, denen zufolge wir weit entfernt von einer großen Masse wie der Erde schneller altern als auf der Erde. Diese Vorhersage wurde bereits bestätigt, aber ACES muss die Genauigkeit um das Zwanzigfache verbessern. In der Hoffnung, ein anderes Takttempo als erwartet zu finden, ein Zeichen dafür, dass in der Natur neue Kräfte am Werk sind.

Die Zündung von Pharao ist seit Anfang Mai im Gange und vor dem Beginn des Experiments selbst sind mehrere Wochen für Tests und Kalibrierungen geplant. Es wurde auch Zeit. Die Ideen und ersten Tests des Kastler-Brossel-Labors und des Pariser Observatoriums sind bereits fast dreißig Jahre alt. Das Projekt wurde wiederholt durch finanzielle und technische Schwierigkeiten verzögert – etwa den Bau einer Ultrahochvakuumkammer zum Schutz der Atome vor Kollisionen oder die Herstellung eines optischen Systems, das den Platzbeschränkungen entspricht. Er hat sogar war zweimal kurz davor aufzugeben. Doch mehr als zehn Jahre später sind die Wissenschaftler nun bereit, dieses technologische Juwel zu nutzen, das von französischen Unternehmen, insbesondere Thales und Sodern, entwickelt wurde. „Glücklicherweise hat dieser Zeitraum die Relevanz des Experiments nicht gefährdet“, beruhigt Didier Massonnet, Projektmanager der Mission am französischen Nationalen Zentrum für Weltraumstudien (CNES). Keine Messung der Zeitbeschleunigung in der Höhe hat die von Pharao angestrebte Präzision erreicht. Es wurden wesentlich präzisere Uhren entwickelt, die jedoch auf der Erde blieben. Der Rekord liegt bei einer Abweichung von einer Viertelsekunde über 10 Milliarden Jahre. Die ACES-Mission wird voraussichtlich dreißig Monate dauern, ein ausreichender Zeitraum, um die Ziele zu erreichen.

Pharao ist nicht allein im Weltraum. Um Vergleiche zu ermöglichen, ist es per Funk und Laser mit der Erde verbunden. Darüber hinaus wird eine weitere Uhr, ein sogenannter „Maser“, auf Wasserstoffbasis verwendet, um Unvollkommenheiten in Pharao zu messen und zu korrigieren.

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