LISA探路者，鋪平引力波空間探測之路

艾麥樂 發表於  昨天18:15

　　

　　LISA探路者成功地為未來的太空引力波探測鋪平了道路。圖片來源：ESA

　　未來引力波空間天文台的一個關鍵組件，出色地通過了一系列考驗，正經歷著迄今為止其他任何人造物品都未曾體驗過的、真正的自由落體。在這個實驗裝置的核心處，一塊兩千克重的高純度金鉑合金立方體正在太空中自由飄蕩，除引力外幾乎完全不受任何其他作用力的影響。

　　歐洲空間局（ESA）的此項任務名為LISA探路者（LISA Pathfinder），是未來的太空激光干涉儀（LISA）的先驗項目，旨在從理論上驗證，在太空中自由飄蕩的一組這樣的立方體將能夠擔當起空間引力波天文台的作用，將有能力檢測超大質量黑洞的碰撞及其他地球上不可能探測到的劇烈事件所發出的引力波信號。

　　這塊金鉑合金立方體被稱為「自由落體檢驗質塊」，被安置在如同外殼一般的LISA探路器內部，自2016年2月以來一直環繞著所謂的日地關係第一拉格朗日點（L1）旋轉。在L1點，地球和太陽共同施加的引力使得物體能夠繞著這一點旋轉，就像人造衛星繞著地球旋轉一樣。

　　

　　LISA原本計劃用3個探測器相互間隔500萬千米，構成3個空間激光干涉儀，用來探測引力波信號。圖片來源：https://www.elisascience.org/

　　LISA探路者檢驗的是一個關鍵系統，未來會被納入到構成LISA的3個航天器中。LISA預計於2034年升空，將在地球身後5000萬千米的地方沿軌道環繞太陽飛行。每個LISA航天器都將包含兩塊檢驗質塊，就像LISA探路器內部現在的那塊一樣。LISA探路者任務取得了非凡的成功，讓科學家朝著發射LISA天文台邁出了關鍵的一步。

　　為了檢測引力波，LISA檢驗質塊必須受到嚴格的防護，隔絕所有可能衝撞它們飛行的因素。就連陽光都會產生微弱的壓力，干擾這些質塊的運動，足以淹沒LISA想要探測的引力波信號。為了驗證這樣的防護系統，LISA探路器配備了一組推進器，使航天器保持在適當位置，守護在自由落體檢驗質塊的周圍。推進器會在必要情況下點火，確保航天器實施必要的移動，使得檢驗質塊能夠儘可能不受干擾地沿著自由落體軌跡運行。

　　在未來的LISA天文台上，激光將被用於測量3個航天器中檢驗質塊之間的距離，3個航天器將以三角形編隊飛行，三角形的每一邊都長約100萬千米。檢驗質塊之間距離上的細微變化，將表明有引力波從此處經過。LISA探路器上還有第二個檢驗質塊，與處在自由落體狀態的那個質塊一起，構成了未來LISA三角形編隊一條邊的一個微縮模型。兩個質塊間距只有大約1/3米，對於檢測引力波來說太短了，至少差了有上百萬倍，不過對於檢驗最終構成LISA天文台的系統來說，這卻是關鍵的一項考驗。LISA探路者實驗表明，在LISA天文台將要監測的頻率範圍之內，兩個檢驗質塊之間的相對位移涉及到的加速度小於1/10 femto-g（1 femto-g，相當於地球標準重力加速度g的一千萬億分之一），大大優於LISA天文台的設計精度。

　　詳細描述實驗結果的論文，今天（6月7日）發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。（編輯：Steed）