|
原文标题：A pathfinder for gravitational waves Posted: 2015. 11. 27 编译：Melipal 审校：数星星的猫（编译版权所有，未经许可不得使用） 来自马克斯·普朗克学会的研究者为即将于12月2日发射的LISA探路者作出了领导性贡献。 我们进入了最终的倒计时：12月2日欧洲中部时间清晨5时15分，一枚织女星型（Vega）火箭将从欧洲的库鲁（Kourou）航天发射场升空，将一位“探路者”带入太空——LISA探路者是一颗用于测试新技术的卫星，这些技术将用于规划中的引力波天文台eLISA，它有朝一日将捕获宇宙的声响。探路者计划传承了超过10年的科学研发。汉诺威市（Hanover）的马克斯·普朗克引力物理所（暨阿尔伯特·爱因斯坦研究所）是其中的首要参与者之一。
倒计时之前：安装在这枚火箭顶端的LISA探路者卫星已经为12月2日的发射作好了准备。图片版权：ESA – Manuel Pedoussaut, 2015 在12月2日的发射之后，LISA探路者（LPF）将在大约两小时后进入靠近地球的停泊轨道，然后与火箭的上级箭体分离。12月6日将进行一系列共计6次轨道修正机动，并在随后的5天内，卫星椭圆轨道的远地点将提升得越来越高。 最终LPF将完全离开地球轨道，漂移到奔向拉格朗日点L1的转移轨道。L1位于地球朝向太阳的一面，距离地球大约150万千米。在飞行40天之后，这颗卫星将在2016年1月22日抵达L1，并在抛弃推进模块之后进入环绕拉格朗日点的轨道。 选择拉格朗日点的原因是，这里有一个特殊的性质：太阳和地球的引力在此地彼此抵消。因此这一空间区域为LISA探路者提供了完成主要任务的理想环境：将两个检验质量放置在完全的零重力条件下，并以空前的精度测量和控制它们的位置。 这项科学壮举是通过最先进的技术才得以实现的，这些技术包括惯性传感器、一台激光计量系统、一台无拖曳控制系统，还有超精密的微型推进系统。对于规划中的引力波天文台eLISA来说，所有这些方法都是至关重要的。 两个完全相同的立方体检验质量 在卫星整个服役期内，两个各重约两千克且完全相同的检验质量会自由漂浮在各自的真空容器内。它们将几乎完全不受内外干扰，因此可以论证在太空中精密测量自由落体的过程。为了消除磁力的任何影响，检验质量使用了一种特制的金铂合金。不过宇宙线以及检验质量容器的杂散电场会带来静电充电，但由此产生的电荷可以借助紫外辐射经过非接触手段移除。 容纳与抓取机构在LISA探路者发射期间用于保护检验质量免受剧烈振动的损伤，它们会通过严密控制的流程设置释放检验质量，并在必要的时候捕获它们——在这样的背景下，这一系统尤其是个挑战。一台激光干涉仪将测量两枚检验质量相对卫星以及彼此之间的相对位置和取向，精度大约相当于10皮米（也就是1毫米的1亿分之一）。
良好的包装：在组装大厅进行声学测试之前，LISA探路者的科学模块与包裹在绝热层中的推进模块。图片版权：ESA – P. Sebriot, 2015 马普引力所所长兼LISA技术元件（也就是卫星的科学仪器心脏）的副首席研究员卡斯滕·丹兹曼（Karsten Danzmann）说：“汉诺威的马克斯·普朗克引力物理所在这套光学科学仪器的开发和建造过程中扮演着领军者的角色。” 此外，卫星还配备有精度稍差的电容惯性传感器，也可以帮助确定它们的位置。无拖曳姿态控制系统（DFACS）使用位置数据来控制卫星，并保证星体永远以一枚检验质量为中心。 卫星实际的位置是通过低温气体微牛顿推进器来控制的，它可以极为精密均匀地提供推进力。由此产生的推进力在微牛顿的量级上——这相当于地球上一粒砂砾的重量。为了补偿外部非引力的干扰效应（如阳光的辐射压或是变化的太阳风），并在零重力环境下保持卫星相对检验质量的位置，极端灵敏的控制系统是必需的。 汉诺威的数据评估工作 LISA探路者的首要科学任务开始于2016年3月1日，将至少持续6个月。在此期间，科学家希望能进行大量的独立实验，每项实验都是基于前期实验的结果进行的。其中的目标是通过测量不源于引力的加速度干扰，来测量几乎完美的零重力，如果需要的话，还要辨认明显的干扰源，并进一步压制它们。 马克斯·普朗克引力物理所在评估软件的开发过程中也发挥了领导性的作用，而为了从测量数据中提出关键信息，这些软件是关键。马普引力所为此目的还在汉诺威设置了一间控制室。对于安排随后的研究来说，至关重要的是数据评估要马上进行，因此该所的研究者还在欧洲空间局（ESA）的达姆施塔特（Darmstadt）控制中心轮流值班。
碰撞路线：这张模拟图展示了两个彼此绕转的黑洞，它们即将并合为一。在此过程中会释放引力波（图中以彩色结构表示），而地球与太空中的灵敏探测器应该可以测量到这样的引力波信号。图片版权：C. Reisswig, L. Rezzolla, Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute/AEI)/ M. Koppitz, Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute/AEI)/ Zuse Institute Berlin LISA探路者将为eLISA铺路，后者是一架大尺度引力波探测器，设计目标是探测天文学中最难以捉摸的现象之一——引力波。为了证实阿尔伯特·爱因斯坦1916年预言的这种时空微小扭曲确实存在，人们需要极高的灵敏度以及非常精密的测量技术。 eLISA这样的空间天文台将搜索毫赫兹频段的引力波，它们是由质量非常大的双黑洞或白矮星组成的双星系统发出的。因此这样的设备将补充GEO600、aLIGO与Virgo等地面探测器，后者预期能够探测质量较低的天体在更高的频段上发出的引力波。 与其他天文观测手段结合，这样的引力波天文台将探索宇宙的未知领域——“宇宙之暗域”。凭借eLISA，天文学家希望能够在20年内观测到大质量黑洞的形成、生长和并合。我们还有可能去跟踪在整个宇宙历史中星系的演化。eLISA还将进一步检验爱因斯坦的广义相对论理论，并搜寻未知的物理原理。 （全文完） |
|
|
