完全静止的空间实验室

作者: Melipal

来源: 中国天文科普网

发布日期: 2016-03-22 17:46:23

ESA的LISA探路者开始了科学任务,为空间引力波观测论证所需的关键技术和方法。科学家与工程师正在借助LISA探路者测试将引力波探索延伸至太空所需的技术。LISA探路者的设计目标尤其是实现已知最为纯粹的“自由落体”状态,这是建造空间引力波天文台需要实现的极具挑战性条件。

在一系列漫长的测试后,ESA的LISA探路者开始了科学任务,为空间引力波观测论证所需的关键技术和方法。阿尔伯特·爱因斯坦在100年前预言的引力波是时空本体的起伏,由超新星爆发或双黑洞并合等奇异的天文事件产生。最近,引力波的第一次直接探测标志着引力波天文学时代的到来。未来的一架空间天文台对波长长于地面探测的引力波敏感,它将成为探索这一新领域的重要工具,让人们得以研究宇宙中一些质量最大最强劲的天体。

科学家与工程师正在借助LISA探路者测试将引力波探索延伸至太空所需的技术。LISA探路者的设计目标尤其是实现已知最为纯粹的“自由落体”状态,这是建造空间引力波天文台需要实现的极具挑战性条件。为了做到这一点,小组在卫星内释放了一对检验质量,它们是两个完全相同、各重2千克的金铂合金立方体,边长46毫米。现在他们正在确认,立方体确实是单纯在引力作用下运动的。这一成就的实现并非易事。

哪怕在太空中,都存在足以扰动立方体的作用力,包括来自太阳的辐射与太阳风。它们需要与这一切的非引力影响隔离开来。为了这一目标,LISA探路者持续测量着它们的位置,并借助微型推进器环绕它们机动,来避免接触这两个立方体。LISA技术装置组。(图片版权:ESA/ATG medialab)不过LISA探路者并不能探测到引力波本身。

为了进行这次关键技术论证任务,两枚自由下落的立方体彼此间距只有38厘米,这一距离过紧,无法记录下时空本身的微小摆动。路过引力波导致的距离变化非常微小,全尺寸的空间天文台需要让检验质量彼此分开100万千米左右,这样才能探测到约合1米的百万分之一的百万分之一的间距变化。这就是LISA探路者任务的精华所在:科学家将两个立方体从锁定机构中释放出来,并确认它们已经进入了史上最精确的自由落体状态。

他们将在未来6个月的时间里进行实验,“戳弄”检验质量,来确认它们有多稳定。为了干扰检验质量的运动,小组将向其施加一系列不同的作用力,并研究它们的反应。其中一项实验将提升立方体容器内高真空环境的温度,为这里仅存的气体分子加热,来测量这一过程是否会对立方体产生任何影响。愈发强劲的磁场和电场力也将施加到检验质量上,来评估让它们偏离自由落体运动的作用力有多强。LISA探路者的科学任务正式开始于3月1日。

在3月7日进行入役期的正式评审后,卫星从建造方ESA任务与工业小组被正式转交给了科学家,他们现在正在使用这座太空中的独特引力实验室开展实验。这些实验将持续6个月,其中90天用于测试LISA技术装置组,90天用于测试扰动缩减系统(DRS),另外还要对额外的两组由NASA喷气推进实验室(JPL)提供的推进器进行实验。LISA探路者的转交。

(图片版权:ESA–C. Carreau)在JPL为DRS效力的任务技师查尔斯·邓恩(Charles Dunn)说:“我们期待着验证这组推进器系统,还有它让两个检验质量保持极其稳定状态的能力。”LISA探路者精确测量的结果将为ESA宇宙视野计划的L3任务铺路。这是一项未来的计划,将借助大型空间天文台专门用于研究引力波宇宙。

在空间进行的观测可以拓宽新近开启的引力波宇宙窗口,对特大质量黑洞产生的扰动敏感。这样的黑洞身居大多数大型星系的核心,质量相当于太阳的数百万到数十亿倍。当星系碰撞并合时,其核心的宇宙巨兽最终也将发生同样的过程,并在缓慢的并合期间释放出引力波辐射。这些数据将提供独特的线索,说明整个宇宙中的结构形成,尤其是在宇宙历史之初第一代恒星和星系成形的时候。

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