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欧空局发射引力波探测验证器 欲验证广义相对论

时间:2020-07-30 22:44:03

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欧空局发射引力波探测验证器 欲验证广义相对论

欧洲空间局成功发射引力波探测验证器,为后续太空引力波探测进行技术验证。此次发射表明,人类踏出了太空探测引力波的第一步。

欧空局(ESA)网站报道,北京时间3日凌晨12时04分,一枚织女星运载火箭从法属圭亚那航天中心发射升空,最终将把“激光干涉太空引力波天线探路者”(简称:LISA探路者)运送到距离地球150万千米的日-地拉格朗日L1点,对未来探测引力波的LISA进行技术验证。此次发射表明,人类踏出了太空探测引力波的第一步。

什么是LISA?LISA全称Laser Interferometer Space Antenna,即“激光干涉太空引力波天线”。在最初的设计中,该天线阵列由三个探测器组成。三者之间两两形成相距500万千米的干涉臂,相当于从地球到月亮距离的13倍,一共可以构成3个干涉仪。后来又修改了方案,三个探测器之间的距离缩小到100万千米,更名为eLISA。由于经费和技术方面的原因,eLISA仍然处于研发状态。所以要先发射LISA探路者进行技术验证。

LISA探路者如何验证核心技术?LISA探路者的作用就是为后续真正能探测到引力波的LISA进行技术验证。基本上,就是把整个100万千米的eLISA基线浓缩到一个人造卫星之内,让两个相距38厘米的自由漂浮的金铂立方体处于失重状态,并用激光干涉测量之间距离的微小变化。所以,它需要飞行到地球与太阳之间的拉格朗日L1点,在那里引力干扰降低到最小。

什么是引力波?引力波(gravitational wave)是爱因斯坦的广义相对论所预言的一种以光速传播的时空波动。由于引力波与物质的相互作用非常微弱,因此很难被直接探测到。之前,两位美国科学家因研究双星运动间接证实了引力波的存在,获得了1993年诺贝尔物理学奖。

为什么要到太空探测引力波?利用激光干涉的方法,在地面上我们可以探测到非常微小的长度变动。如果把探测器的基线延长,一头在地球,一头在太阳,探测器长度发生哪怕一个原子尺度的变化,我们都能够把它探测出来。而这样精度,在地面先进引力波探测器(advanced LIGO)上已经做到了。

然而,由于探测器太过灵敏,稍有风吹草动它都会受到影响。几千米外卡车驶过高速公路,几十千米外的森林里有人砍树,几百千米外海浪拍着沙滩,都会在地面引力波探测器上留下踪迹。由于这些噪声的存在,地面上我们只能探测高频的引力波。要探测低频引力波,就必须远离地球,向太空进发。

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