欧洲探测器将对宇宙引力展开测量

欧空局丽莎探路者计划携带两个2公斤重的立方体来搜寻引力波。来源:百度图片

探测时空引力波的复杂技术能在宇宙中使用吗？LISA探路者(全称:激光干涉空间天线，其主要用途是用作引力波观测平台)是一项回答这个问题的雄心勃勃的任务。这个探测器装有许多复杂的设备。

LISA探路者将于12月2日发布。这是一项期待已久的太空观测平台测试任务，由欧空局设计，耗资10亿欧元。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。

大约100年前，爱因斯坦在他的广义相对论中首次预言了引力波，但是科学家们从未直接观察到它，更不用说用它来研究宇宙了。目前，地面上的天文观测站已经捕捉到了这些引力波，但是太空观测站可以从光谱的另一端探索这些波动。“这就像用射电望远镜和光学望远镜同时进行探测一样。”德国汉诺威马克斯·普朗克重力物理研究所所长、LISA探路者项目的联合主任卡斯滕·丹兹曼说，“你看到的宇宙的这一部分是完全不同的。”

最终的太空观测站将试图通过激光的反弹来发现太空的拉伸和压缩，当时三个物体——总共500万公里——在*落体中漂移。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。

丽莎探路者是这个终极计划的一小部分。成本为4亿欧元，目标观测是通过使用两个相距仅38厘米的物体实现的。这两个物体是由质量为2公斤的黄金和白金制成的立方体，它们将位于同一个探测器内。

与其他观测平台不同，LISA探路者是为飞行员探索而设计的。这些装置不够灵敏，无法探测引力波。相反，目的是为了表明两个小质量物体可以完全相互独立，并且它们相对运动的任何偏差都可以非常精确地测量出来。“我们没有把这两个物体放在一起500万公里，但是那又怎么样呢？”“这里有足够多的元素可以影响我们对引力波的测量，”项目科学家保罗·麦克纳马拉说。

从探测器所在的法属圭亚那库鲁发射场，到接下来八周的旅程，这两个立方体将被紧紧地固定在探测器内。但是当探测器到达太阳和地球之间的平衡点，也就是所谓的拉格朗日点1(L-1)，也就是大约150万公里的距离时，立方体会稍微放松，这样它们就可以在探测器内部移动。

一旦*落体开始，“挑战在于如何将这两个立方体从它们周围的任何东西中分离出来，这样它所感知的唯一物体就变成了时空。”麦克纳马拉说。他说，预期的干扰因素可能包括太阳辐射和杂散磁场的压力。这种设备非常精密，可以检测地球上一种微小细菌的重量。

英国伦敦帝国理工学院的天体物理学家蒂姆·萨姆纳(Tim Sumner)说，作为一个高精度的太空实验室，LISA探路者不同于之前的任何欧空局任务，他领导了设计和建造探测器保护机制的团队。

该项目的另一个不同寻常的元素是它携带的设备——两个立方体，将用于确定探测器的轨道。当它们绕着L-1点移动并进入微重力环境时，探路者将开启一些微型推进器。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。它们将用于监控两个立方体的位置，以确保探测器在它们上方盘旋，同时防止两个立方体接触其边缘。因此，萨姆纳说，制造这种精密设备需要设计装载设备和制造探测器的工程师之间前所未有的合作。

意大利特伦托大学的物理学家、探路者号探测器的主要领导者之一斯蒂芬诺·维塔说，这些复杂性也解释了为什么发射探测器需要这么长时间。探路者号于2000年获得欧空局批准，原定于2006年发射。"坦率地说，我认为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。”

目前，任务计划的最后一步是以全功率运行负载设备，检测探测器内部的温度、磁力和静电，观察这些变化如何影响两个立方体，从而检测LISA寻路器的极限。“我们希望尽可能多地了解*落体的物理学，我们所了解的任何信息都将反馈到未来任务的设计中。”麦克纳马拉说。

然而，一些善于“投机取巧”的欧空局科学家已经在考虑如何在主要探测任务(大约需要一年时间)完成后使用LISA探路者来探测其他问题。例如，萨姆纳说万有引力常数，即g，也应该使用探路者的数据，因为g的真实值仍有争议，而从空间带回的测量信息可能提供一个有价值的视角。

维塔莱指出，研究人员仍然需要关注任务的近期目标。"我们的主要目标是确认*落体运动."他说，“我们不想偏离这个目标。”(李冯公主)

中国科学新闻(2015-124，第三版国际)

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