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欧洲成功发射探测器 寻找“时空涟漪”

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摘要:北京时间12月03日12时04分(当地时间凌晨1时04分),欧洲航天局在法属圭亚那航天中心,使用织女星固体运载火箭成功发射“LISA”探路者号探测器。发射2小时后,“LISA”探路者成功与火箭分离,进入一个椭圆形的临时轨道,而后,“LISA”探路者将利用自身推进系统通过6次远地点升轨,进 入距离地球150万公里远的日地L1拉格朗日点。“LISA”探路者预计在明年1月下旬抵达日地L1拉格朗日点附近轨道,明年3月开始在轨工作。

欧洲成功发射探测器 寻找“时空涟漪”

欧洲成功发射探测器 寻找“时空涟漪”

“LISA”探路者号探测器(LISA Pathfinder),是由欧洲空客防务与航天公司制造的,直径2.4米、高3.1米、重约1.9吨,造价超过4亿欧元(约合人民币27亿元),它将为未来欧洲航天局的“LISA”引力波探测器“探路”,验证探测引力波的相关技术。

“LISA”探路者号探测器搭载的两个测试质量将被维持在几乎自由落体的运动状态,我们将以空前的精度对两个测试质量的位置进行测量和控制。为实现此目的,探测器采用了世界上最先进的技术,包括惯性传感器、激光测量系统、无拖曳控制系统和超高分辨率微推系统。除此之外,“LISA探路者”还验证爱因斯坦广义相对论。

什么是引力波

根据爱因斯坦的广义相对论,大质量天体的加速、合并、碰撞等事件可以形成强大的引力波,如同时空中的涟漪。引力波被视为宇宙中的“时空涟漪”,如同石头丢进水里产生的波纹一样。引力波的形成过程虽然涉及到黑洞、超新星等天体事件,但传递到地球时却变得非常微弱,需要更加精密的仪器才能探测到引力波。在此之前,科学家们始终未能使用地面观测设备证实它的存在。

LISA引力波探测器

欧洲成功发射探测器 寻找“时空涟漪”

LISA引力波探测器,将由三个绕太阳公转的探测器组成,预计2034年后发射。它们置于边长为500万千米的三角形的三个顶点上。然后使用1瓦的激光和30厘米的望远镜来测量悬浮在每个探测器中金属立方体之间相对位置的变化。其测量的精度可以达到10皮米(也就是1/10埃,远小于一个原子的大小)。

比探测器更至关重要的是其搭载的设备:6块边长为4.6厘米的金-铂立方体,它们各自悬浮在“Y”形仪器舱的每个上臂之中。这些就是LISA的“检验物质”,在时空弯曲和伸缩使它们可以自由的漂移。为了LISA的正常运转,每个2千克重的立方体都必须沿独立的轨道绕太阳转动。探测器会把它们隔离在真空室内,并将使用必要的硬件——激光和小望远镜——来监测它们相对位置的波动。

当它们在太空中运动时,每一个探测器都会监测与另外两个探测器之间相对位置的变化,而不是去测量绝对距离。其目的就是用来探测大质量天体互相绕转时所引发的时空周期性膨胀和收缩。每个探测器的光学系统会制造出每秒钟切换1百万条暗条纹的高速变化干涉图样。时空波动会或多或少的交替加强或者减弱这些干涉图样。通过这些干涉图样的变化,就可以发现引力波。

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