自由落体“探路”引力波

作者: 冯丽妃

来源: 《中国科学报》

发布日期: 2015-11-24 18:56:18

LISA探路者号是欧空局斥资10亿欧元设计的空间观测平台测试任务,旨在探测引力波。该探测器将于12月2日发射,携带两个2公斤重的立方体,用于在自由落体运动中寻找引力波。

探测空间—时间引力波的尖端技术能否在宇宙中使用?LISA探路者号(全名为激光干涉空间天线,其主要目的是用作引力波观测平台)是旨在回答这一问题的一项雄心勃勃的任务,该探测器上载荷了许多复杂设备。LISA探路者号将于12月2日发射。这是一项期待已久的由欧空局(ESA)斥资10亿欧元设计的空间观测平台测试任务。

其接下来的任务是跟踪宇宙中最大的天体——包括巨大黑洞的合并以及星系的碰撞——发生时产生的时空涟漪。引力波在近100年前首先被爱因斯坦在其广义相对论中预测到,然而科学家从未直接观测它,更别提用它研究宇宙。目前地面上已经有天文观测站在捕捉这些引力波,但是空间观测站可以从光谱的另一端探寻这种时空涟漪。

最终的空间观测站将试图通过3个物体——彼此之间相聚500万公里——在自由落体运动中漂移时对激光的反弹,发现空间的拉伸和压缩现象。LISA探路者号是这一终极计划中规模较小的一部分。其造价为4亿欧元,利用两个相隔仅有38厘米的物体实现目标观测,这两个物体均为质量2公斤、用金和铂打造而成的立方体,它们将位于同一个探测器内部。

从这颗探测器所在的法属圭亚那库鲁发射地点到接下来长达8周的旅程中,这两个立方体将会被紧紧固定在该探测器内部。但是当探测器到达太阳和地球之间被称为拉格朗日点1(L-1)的距离约150万公里的平衡点时,这些立方体将会被轻轻地松开,使其可以在探测器内部移动。一旦开始自由落体,“存在的挑战是如何把这两个小立方体与其周围的任何事物分割开来,这样才能使它感知到的唯一对象成为时间—空间。

”该项目另一个不同寻常的元素是其携带的设备——两个立方体,它们将用于定义该探测器的轨道。当它们围绕L-1点运行并进入微重力环境时,探路者号将打开一些微型推进器。而这些推进器的推力十分微弱,需要1000个这样的推进器才能推得动地面上的一张纸。它们将用于监测两个立方体的位置,确保探测器在其上空盘旋,同时不让两个立方体接触到它的边缘。

目前,该任务计划的最后一步是让载荷设备开足马力运行,检测探测器内部的温度、磁力以及静电,观察这些变化如何影响两个立方体,并以此检测LISA探路者号的极限。然而,一些善于“投机取巧”的ESA科学家已经在考虑当LISA探路者的主要探测任务(大约需要1年时间)结束之后,应该如何用它探测其他问题。Vitale则指出,现在研究人员仍然要把目光聚焦在该任务的直接目标上。“我们最主要的目标是证实自由落体运动。

”他说,“我们不希望偏离这个目标。”

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