Weshalb dank Einstein das Navi im Auto funktioniert

Dank Einsteins Erkenntnis über die Zeit, helfen uns heute Navigationsgeräte durch das Verkehrsnetz

Von Ingo Krüger
20. August 2015

Albert Einstein gilt als eines der großen Genies der Menschheit. Der gebürtige Ulmer veränderte nicht nur das physikalische Weltbild, sein Einfluss auf den Alltag ist für Autofahrer auch heute noch spürbar. Immer dann, wenn sie auf der Suche nach dem richtigen Weg ihr Navi anschalten, profitieren sie von den Forschungsergebnissen Einsteins.

Einsteins Einfluss auf die Satellitennavigation

Bis vor 100 Jahren galt Zeit noch als unabhängig, doch der Nobelpreisträger von 1921 bewies mit seiner Relativitätstheorie, dass Zeit relativ ist - sie vergeht nicht überall mit derselben Geschwindigkeit. So gibt es eine deutliche Zeitdehnung in der Nähe der Lichtgeschwindigkeit, dem Reisetempo der Lichtteilchen (Photonen). Dies ist von großer Bedeutung bei der Satellitennavigation.

So funktioniert das Global Positioning System

Beim GPS (Global Positioning System) kommen insgesamt 24 Satelliten in der Erdumlaufbahn zum Einsatz. Um die exakten Position bestimmen zu können, benötigen Menschen auf der Erde den gleichzeitigen Kontakt zu wenigstens vier Satelliten.

GPS-Satelliten bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von 3,9 Kilometern pro Sekunde um die Welt. Ihre Umlaufzeit beträgt ziemlich genau zwölf Stunden, ihre Geschwindigkeit 14.000 Kilometer pro Stunde. Dagegen liegt die Geschwindigkeit am Äquator bei 1670 Kilometer pro Stunde, an den Polen ist die Geschwindigkeit gleich null.

Da sich Satellitenuhren im Verhältnis zu uns schneller bewegen, gehen sie gegenüber dem Auto um sieben Millionstel Sekunden pro Tag zurück. Die Zeit im Satellit vergeht langsamer, die Uhr läuft langsamer als die auf der Erde.

Himmlische und irdische Uhr

Dies hat jedoch fatale Folgen, denn die Uhrzeit ist der wichtigste Orientierungspunkt für die Satellitennavigation. Der Satellit sendet mit jedem Funksignal auch seine Uhrzeit zum irdischen Navi, das mit dieser Angabe errechnet, wie lange das Signal vom Satellit bis zur Erde benötigt hat und bestimmt so die Entfernung zum Satellit.

Zeit wird aber nicht nur durch Geschwindigkeit gebremst, sondern auch durch Masse. 20.000 Kilometer von der Erde entfernt, in der Umlaufbahn des Satelliten, bremst die Erdmasse die Zeit kaum noch. Dieser Effekt lässt die Zeit im Orbit 45 Millionstel Sekunden pro Tag schneller vergehen als auf der Erde.

Dies führt im Endergebnis dazu, dass die Satellitenuhr 38 Mikrosekunden pro Tag schneller geht als ein Zeitmesser auf der Erde. Dies erfordert eine tägliche Korrektur, so dass die himmlische und die irdische Uhr synchron laufen und die Navigationstechnik funktioniert. Dank Einsteins Erkenntnis, dass Zeit relativ ist, funktioniert die Satellitennavigation.