LISA探路者号实验远超预期

资料来源:曼努埃尔·佩杜索，2015年/欧空局

欧洲重力波猎人正在庆祝。7月1日，一颗卫星完成了技术测试任务，探索在静止的空太测量引力波。去年，这颗卫星的“性能”超出了预期。然而，这一成功导致欧洲航天局(欧空局)批准了一些项目，这些项目优先考虑对宇宙中难以在地球上找到的重大事件的全面认识。

该探测器名为LISA探路者，于2015年底发射。它的全名是激光干涉空间天线。这是由欧空局以10亿欧元设计的空间观测平台任务。它的下一个任务是跟踪宇宙中最大天体引起的时空波动，包括巨型黑洞的合并和星系碰撞。

项目科学家、欧空局天体物理学家保罗·麦克纳马拉(Paul McNamara)表示，该项目已经设定了1000个系数的精确目标，并平息了质疑其潜力的批评。"人们过去认为这是一项不可能的任务。"麦克纳马拉说。

当前的LISA计划于2034年发射，将是LIGO的一个空间模拟。目前，美国的LIGO由两条相互垂直的4公里长的干涉臂组成。两个黑洞合并后发出的引力波首次被探测到。另一方面，LISA探路者号由三个探测器组成，放置在三角形的三个顶点上，三角形的边长数百万公里，以使它对更长的引力波更敏感，比如更大的黑洞碰撞产生的波纹。

当三个LISA探测器*落体漂移时，最终的空间观测站将试图通过激光的反弹发现空间的拉伸和压缩。因为这些物体会受到所有其他外力的保护，理论上只有引力波会干扰它们*落体的同步——这种干扰会影响激光频率。

LISA探路者的目标是证明这种变化可以在失重状态下以1皮米的精确度进行测量。高精度推进器将调整LISA探路者的路线，使探测器内的两个实验立方体可以*下落，不受外部轨道的干扰。

这两个物体是由2公斤重的黄金和白金制成的立方体。当它们绕拉格朗日点1(L-1)移动并进入微重力环境时，探路者将开启这些微型推进器。这些螺旋桨的推力非常小，需要1000个这样的螺旋桨才能把一张纸推到地面上。他们将确保探针在它上面盘旋，同时防止两个立方体接触到它的边缘。然而，它们相对运动的任何偏差都可以非常精确地测量出来。

英国伦敦帝国理工学院的天体物理学家蒂姆·萨姆纳(Tim Sumner)带领团队设计并建造了探测器的保护机制，他指出，作为一个高精度的太空实验室，LISA探路者和欧空局不同于以往的任何任务。

2016年2月——两周后——LIGO宣布了它的第一个检测结果，LISA探路者也宣布了一个胜利。虽然它没有发现重力波，但它表明它能探测到1/100皮米的微小运动。从那以后，探测器的性能又提高了一个数量级。

到今年6月初，LISA探路者号几乎耗尽了所有的推进器燃料，而地面指挥中心使用剩余的染料将它推出当前轨道，进入最终的太阳轨道。7月1日，LISA探路者停止收集数据，7月18日，它将永久休眠。

美国宇航局喷气推进实验室的物理学家威廉·克利普斯坦说，丽莎探路者“赢了”。他参加了LISA的研发，但没有参加欧空局的探路者任务。他提到，其性能“消除了最后一个主要技术障碍，促进了欧空局的长期重力波项目”。

6月20日，欧空局科学项目委员会一致同意将LISA列为第三大科技项目。德国马克斯·普朗克重力物理研究所所长卡斯滕·丹兹曼说，人们已经等待这个决定很久了，但是LISA探路者的成功和LIGO对重力波的发现几乎毫无疑问地做出了这个决定。

尽管该决议不是最终版本，但它意味着工业合作伙伴现在将参与详细的方案设计和成本核算。一旦这些任务完成，欧空局将决定是否“采用”这项任务并为此分配资金。项目团队还希望美国能够提供重要的组成部分。美国是LISA使命的平等伙伴，但在2011年，美国减少了参与以减少开支。

在LISA任务之前，欧空局选择了另外两个大型项目:计划于2022年发射的木星卫星探测器和将于2028年发射的X射线天文台。LISA计划于2034年推出。然而，丽莎探路者的首席科学家、特兰托大学的物理学家斯蒂芬诺·维塔和其他人希望发射时间能提前。

LISA项目于2000年获得欧空局批准，随后开始征求建议书。维塔莱团队的设计脱颖而出，最终被代理商采用。最初的计划是在2006年启动，但时间一再推迟。"我想我以前完全低估了困难。"维塔莱说，“但这就是为什么我们建造了丽莎探路者。”

维塔莱和其他人希望早日推出LISA的原因之一是，它可以在当前主要科学家退休之前开始返回数据。(张张编)