近日,歐洲航天局宣布,先前發(fā)射的“LISA探路者”探測器,已成功驗(yàn)證了在太空探測引力波的關(guān)鍵技術(shù)。
“LISA探路者”探測器由一枚“織女星”運(yùn)載火箭發(fā)射升空,在今年1月底抵達(dá)距離地球150萬公里的目標(biāo)軌道,圍繞太陽和地球連線延長線上的“拉格朗日點(diǎn)”飛行。而它的科學(xué)探測之旅則從3月正式開始?!癓ISA探路者”探測器內(nèi)帶有兩個質(zhì)量為2千克、邊長4.6厘米的金鉑合金立方體??茖W(xué)家希望通過觀測這兩個處于自由落體狀態(tài)且彼此相距38厘米的立方體在運(yùn)動中相對位置的變化,以證明引力波的存在。
為證明引力波的存在,探測器在軌道飛行過程中不能夠與這兩個立方體相觸碰,不被任何外力干擾。為達(dá)到理想的探測狀態(tài),研究人員首先對探測器內(nèi)部的零件進(jìn)行了極為精確的設(shè)計配重,平衡兩個立方體所受探測器本身的引力。
“LISA探路者”還要抵達(dá)拉格朗日點(diǎn)。拉格朗日點(diǎn)又叫平動點(diǎn),探測器在這一位置受到的地球引力和太陽引力互相平衡,不受外力干擾。探測器內(nèi)部的電極能隨時探測兩個金鉑合金立方體及探測器本身的位置,可以隨時啟動多個推進(jìn)器調(diào)整探測器的飛行,讓兩個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7日出版的美國著名物理學(xué)期刊《物理評論快報》上報告說,最初兩個月的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示,“LISA探路者”探測器內(nèi)的兩個金鉑合金立方體幾乎保持了靜止,且兩者的相對加速度甚至不及地球引力的1萬兆分之一(一個重力加速度的10的負(fù)16次方)。這一精確度比預(yù)期水平高出5倍,充分證明所測試的技術(shù)能夠滿足在太空中建立引力波天文臺的要求。
“LISA探路者”只是歐航局引力波探測計劃的前期任務(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)階計劃”將于2034年啟動,由彼此相距100萬公里、構(gòu)成等邊三角形結(jié)構(gòu)的三個探測器組成。
事件背景
今年2月11日,美國科學(xué)家宣布利用“激光干涉引力波天文臺(LIGO)”成功于2015年9月14日首次直接探測到引力波信號,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引力波探測器不同,歐航局計劃將實(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)生時產(chǎn)生的引力波。歐航局解釋說,超大質(zhì)量黑洞合并等天體事件往往會產(chǎn)生波段在0.1兆赫(0.1HZ)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,探測裝置必須有能力測量出相距數(shù)百萬公里的物體之間相對位置出現(xiàn)的極其細(xì)微的波動。地球的地震噪聲、熱噪聲等因素的干擾,無法完成對低頻引力波信號的捕捉,因此只能在太空環(huán)境中進(jìn)行。