歐空局成功驗(yàn)證引力波太空探測(cè)技術(shù)
發(fā)布時(shí)間：2016-06-12
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總部位于巴黎的歐洲空間局日前宣布，數(shù)月前發(fā)射升空的“LISA探路者”探測(cè)器，已成功驗(yàn)證了在太空探測(cè)引力波的關(guān)鍵技術(shù)。
去年12月3日，作為歐洲空間局引力波太空探測(cè)計(jì)劃的前期任務(wù)，“LISA探路者”探測(cè)器由一枚“織女星”運(yùn)載火箭發(fā)射升空，并于今年1月底抵達(dá)距離地球150萬(wàn)公里的目標(biāo)軌道，圍繞太陽(yáng)和地球連線延長(zhǎng)線上的“拉格朗日點(diǎn)”飛行。而它的科學(xué)探測(cè)之旅則從3月正式開(kāi)始。
“LISA探路者”探測(cè)器內(nèi)帶有兩個(gè)質(zhì)量為2千克、邊長(zhǎng)4.6厘米的金鉑合金立方體。科學(xué)家希望通過(guò)觀測(cè)這兩個(gè)處于自由落體狀態(tài)且彼此相距38厘米的立方體在運(yùn)動(dòng)中相對(duì)位置的變化，以證明引力波的存在。
為證明引力波的存在，探測(cè)器在軌道飛行過(guò)程中不能夠與這兩個(gè)立方體相觸碰，不被任何外力干擾。為達(dá)到理想的探測(cè)狀態(tài)，研究人員首先對(duì)探測(cè)器內(nèi)部的零件進(jìn)行了極為精確的設(shè)計(jì)配重，平衡兩個(gè)立方體所受探測(cè)器本身的引力。
“LISA探路者”還要抵達(dá)拉格朗日點(diǎn)。拉格朗日點(diǎn)又叫平動(dòng)點(diǎn)，探測(cè)器在這一位置受到的地球引力和太陽(yáng)引力互相平衡，不受外力干擾。探測(cè)器內(nèi)部的電極能隨時(shí)探測(cè)兩個(gè)金鉑合金立方體及探測(cè)器本身的位置，可以隨時(shí)啟動(dòng)多個(gè)推進(jìn)器調(diào)整探測(cè)器的飛行，讓兩個(gè)立方體保持在完全不受干擾的自由落體狀態(tài)。
研究人員在6月7日出版的美國(guó)著名物理學(xué)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上報(bào)告說(shuō)，最初兩個(gè)月的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，“LISA探路者”探測(cè)器內(nèi)的兩個(gè)金鉑合金立方體幾乎保持了靜止，且兩者的相對(duì)加速度甚至不及地球引力的1萬(wàn)兆分之一（一個(gè)重力加速度的10的負(fù)16次方）。這一精確度比預(yù)期水平高出5倍，充分證明所測(cè)試的技術(shù)能夠滿(mǎn)足在太空中建立引力波天文臺(tái)的要求。
“LISA探路者”只是歐空局引力波探測(cè)計(jì)劃的前期任務(wù)，用于演示和驗(yàn)證相關(guān)技術(shù)。正式的“激光干涉儀空間天線進(jìn)階計(jì)劃”將于2034年啟動(dòng)，由彼此相距100萬(wàn)公里、構(gòu)成等邊三角形結(jié)構(gòu)的三個(gè)探測(cè)器組成。
一個(gè)世紀(jì)前，愛(ài)因斯坦發(fā)表的廣義相對(duì)論從理論上預(yù)言了引力波的存在，認(rèn)為它產(chǎn)生于大質(zhì)量天體加速、碰撞或者黑洞合并等天體事件。引力波被視為宇宙中的“時(shí)空漣漪”，如同石頭丟進(jìn)水里產(chǎn)生的波紋一樣。多年來(lái)，如何通過(guò)科學(xué)觀測(cè)設(shè)備直接證明引力波的存在一直是科學(xué)家們努力攻克的難題。今年2月11日，美國(guó)科學(xué)家宣布利用“激光干涉引力波天文臺(tái)（LIGO）”成功于2015年9月14日首次直接探測(cè)到引力波信號(hào)，創(chuàng)造了物理學(xué)發(fā)展史上具有里程碑意義的重要成果。
與建造在地面的LIGO引力波探測(cè)器不同，歐空局計(jì)劃將實(shí)驗(yàn)的背景轉(zhuǎn)移到太空當(dāng)中，致力于追蹤黑洞合并或其他劇烈天體事件發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的引力波。歐航局解釋說(shuō)，超大質(zhì)量黑洞合并等天體事件往往會(huì)產(chǎn)生波段在0．1兆赫（0．1mHz）到1赫茲（Hz）之間的低頻段引力波，要追蹤到這種低頻引力波信號(hào)，探測(cè)裝置必須有能力測(cè)量出相距數(shù)百萬(wàn)公里的物體之間相對(duì)位置出現(xiàn)的極其細(xì)微的波動(dòng)。由于地球上存在地震噪聲、熱噪聲等因素的干擾，根本無(wú)法完成對(duì)低頻引力波信號(hào)的捕捉，這一切只能在太空中實(shí)現(xiàn)。來(lái)源： 新華社
