我们离引力波空间天文台又近了一步


你可能还记得二月份的时候,一个由来自不同国家的1000多名科学家组成的联盟宣布他们终于发现了这种病毒引力波存在的第一个确凿证据。海浪,首先由阿尔伯特·爱因斯坦预言大约一个世纪以前,基本上是时空结构中的涟漪是由大质量物体如黑洞的加速度引起的。

对于激光干涉引力波天文台(LIGO)实验室来说,从地球表面的有利位置观测引力波是一项艰巨的任务。这项工程耗时15年,耗资6.2亿美元。这样做需要向2.5英里(4公里)长的隧道发射激光束,并将其反射到镜子上,然后寻找引力波使隧道轻微变形时所引起的细微变化。

这一切都是必要的,因为地球表面充满了噪音,这使得人们很难发现波的信号——从相对安静的空间来研究引力波要容易得多。这就是为什么欧洲航天局(ESA)设想进行部署eLISA,一组遥远的轨道卫星通过激光相互通信,在本世纪30年代中期。这样的观测台不仅可以观测到引力波,但是用比我们在地面上更精确的方法测量它们。作为迈向这一目标的一步,2015年12月,欧洲航天局启动了丽莎探路者,一颗小型卫星被设计用来测试和演示他们计划某天在eLISA项目中使用的技术。

周二上午,欧洲航天局的科学家宣布,丽萨探路者号上未来天文台的一个关键部件——一个4.4磅(2公斤)重的高纯度金-铂合金立方体——已经通过了一系列重要的测试。一个文章今天发表在《物理评论快报》上的文章表明,立方体是所有人造物体中最接近真实的自由落体——也就是说,在没有重力的情况下在空间中移动。

一位艺术家描绘的丽莎探路者在环绕地球的轨道上。
ESA /盖蒂图片社

这是至关重要的,因为eLISA总有一天会依赖于这些无摩擦的立方体,在太空中以三角形的形式放置在三颗卫星上,它们之间的距离约为62万英里(99.8万公里)。它的仪器将探测到引力波引起的立方体之间距离的微小变化。但要做到这一点,卫星将不得不屏蔽其他可能掩盖引力波信号的效应。

由高纯度金-铂合金块雕刻而成的试样正在丽莎探路者号飞船上飞行。
ESA / cg水疗

“系统中的任何噪音——由太阳辐射产生的压力,热,欧洲航天局的项目科学家保罗·麦克纳马拉上周通过Skype电话解释说:“磁场和引力效应会扰乱引力波。”

为了过滤掉这些影响,LISA Pathfinder正在测试推进器的保护系统,设计用来调整航天器以补偿这些因素。

麦克纳马拉说LISA Pathfinder包含了一个大大缩小版的eLISA,立方体之间的距离只有厘米,而不是相隔几十万公里。尽管如此,测试结果让他相信,全面的技术也会起到同样的作用。

“我们唯一缺少的是(它们之间)激光发出的两瓦光,”他说。“这是我们可以在地面上测试的东西。我们完成的部分只能在太空中测试。

使用干涉测量法精确测量空间中的距离并不是一个新概念。麦克纳马拉笔记。他引用了NASA的例子格蕾丝的任务,成立于2002年,利用微波测量轨道上相距137英里的两颗卫星之间距离的变化。


更多的探索