完全静止的空间实验室

[ 录入者:Melipal | 时间:2016-03-17 10:37:26 | 作者:Melipal 译 | 来源:ESA | 浏览:1474次 ]

原文标题:A perfectly still laboratory in space

原文来自:ESA   Posted: 2016. 3. 8

编译:Melipal   审校:数星星的猫(编译版权所有,文章有删节,未经许可请勿转载。)

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。

太空中的LISA探路者。(图片版权:ESA–C.Carreau)

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。

来自意大利特伦托(Trento)大学与INFN的LISA技术装置组(也是卫星的核心载荷)首席研究员史蒂芬诺·维塔尔(Stefano Vitale)说:“当两个检验质量在太空中自由下落时,它们应该非常稳定,原因是没有其他的作用力会干扰它们的引力运动,只有引力波会让它们四向震颤。”

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。

来自ESA的任务科学家保罗·麦克纳马拉(Paul McNamara)说:“我们在未来空间引力波观测中所需的精度非常高,它需要我们对检验质量承受的物理作用力具备空前的了解。”

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。

汉诺威市(Hanover)马克斯·普朗克引力物理所与莱布尼兹大学引力物理研究所所长、LISA技术装置组副首席研究员卡斯滕·丹兹曼(Karsten Danzmann)说:“我们的目标不仅是要减少已知扰动立方体的作用力带来的影响,还要了解更多关于剩余效应的东西,而这些效应隐藏在了噪声中。”

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。

ESA的LISA探路者代理任务科学家兼L3预研科学家奥利弗·詹里奇(Oliver Jennrich)说:“这颗卫星工作得出乎以外地好,我们对两个自由下落的立方体进行的每次测量都会让我们增进信息,而这是最终建造第一架空间引力波天文台所必需的。”

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。

(全文完)

Tags:LISA 空间实验室

责任编辑:Melipal

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