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欧洲“LISA探路者”引力波探测器即将发射

2015-11-29 20:58   浏览:2302 次
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LISA探路者引力波探测器

图:LISA探路者引力波探测器

欧洲航天局“LISA探路者”引力波探测器即将于12月2日发射。

“LISA探路者”引力波探测器,是LISA的前期任务,主要目的是对未来“LISA”引力波探测器的必要技术进行演示、验证和试验。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。

“LISA探路者”任务示意图

图:“LISA探路者”任务示意图

“LISA探路者”探测器,耗资4.3亿欧元,重1910千克,计划于北京时间12月2日12时15分在法属圭亚那航天中心发射,织女星小型固体运载火箭将其送入太空后,然后,探测器将利用自身推进器,通过6次变轨进入距离地球150万公里远的日地L1拉格朗日点。

“LISA探路者”探测器任务节点(北京时间):

2015年12月2日12:15,织女星火箭点火发射,将“LISA探路者”送入太空。

2015年12月2日14:00,“LISA探路者”与火箭分离。探测器推进舱负责将载荷舱送入其工作轨道——日地拉格朗日点L1。

2015年12月6日13:17,第一次远地点升轨。

2015年12月7日13:46,第二次远地点升轨。

2015年12月7日15:41,第三次远地点升轨。

2015年12月8日05:07,第四次远地点升轨。

2015年12月9日07:46,第五次远地点升轨。

2015年12月11日09:26,第六次远地点升轨。

2015年12月12日10:00,轨道修正,纠正脱离地球引力场时的推力偏差。

2016年1月22日20:00,推进舱分离。科学载荷舱到达日地L1拉格朗日点附近轨道。

2016年2月15日20:00,第一个检验质量释放,在第一个GRS(引力参考传感器)的电极笼内进入自由落体状态。

2016年2月16日20:00,第二个检验质量释放,在第二个GRS(引力参考传感器)的电极笼内进入自由落体状态。

2016年3月3日17:00,在轨运行,开始在轨调试复审。“LISA探路者”准备进入科学工作阶段。

什么是引力波

根据爱因斯坦的广义相对论,大质量天体的合并、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。

LISA引力波探测器

LISA引力波探测器,将由三个绕太阳公转的探测器组成,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。

LISA引力波探测器工作示意图

图:LISA引力波探测器工作示意图

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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