欧洲空间引力波计划LISA:2034年发射,经费10亿欧

2018-01-23 21:32:25 quecongsoft 15

(原标题:欧洲空间引力波计划LISA:2034年发射,经费10亿欧)

澎湃新闻记者 虞涵棋

如无意外,2034年人类将把一个放大60万倍的LIGO送上太空,在地球噪音之外聆听引力波的律动。当地时间1月22日,欧洲空间局宣布空间天线激光干涉仪(LISA)完美通过了任务定义审核。

“我很高兴LISA这次‘考’得很好,现在我们准备进入下个阶段了。2018年的日程满是考试、调研和技术升级。”LISA联盟领导、德国爱因斯坦研究所所长Karsten Danzman说道。

(小标题)放大60万倍的LIGO

引力波是爱因斯坦广义相对论中的重要推论。时间和空间在质量面前扭曲,时空在伸展和压缩的过程中,会产生振动传播开来,这些振动就是引力波。

2016年2月16日,在爱因斯坦提出广义相对论的百年纪念日上,激光干涉引力波观测台(LIGO)宣布成功探测到双黑洞并合产生的引力波,成为近年来当之无愧的头号科学事件。领导LIGO的三位美国物理学家也无悬念地捧走了2017年的诺贝尔奖。

不过,地面上的LIGO只能“听”到持续数毫秒的引力波,能探测到的引力波源也十分有限。如果能转战太空,脱离地球噪音的干扰,科学家们就能听到更清晰的时空律动。

空间项目一向价格不菲,经费日趋拮据的美国国家航空航天局(NASA)放弃独立的空间引力波计划,转而寻求与欧空局合作,提出了LISA计划。

LIGO的本质是两臂等长4公里的L型真空管,引力波经过会微小地扭曲真空管中的时空,使两臂各自发射的激光出现光程差。

而LISA设计由三颗卫星组成边长250万公里的等边三角形星座,引力波经过使得三边出现小于原子直径的变化,能利用激光干涉仪探测到。可以说,LISA的基本原理仿照了LIGO,只是探测臂放大了60万倍。

(小标题)LISA探路者

2011年,NASA宣布因经费问题退出联合项目,只能从人员及技术方面进行配合。欧空局开始主导LISA。

耗费数亿美元的LIGO项目从雏形到成功,经历了40多年的波折。面对经费更高、难度更大的空间引力波探测,欧空局步步为营,推进得十分谨慎。

2015年,欧空局发射技术验证卫星“LISA探路者”,对两个距离38厘米的载荷在自由落体中的运动进行测量,等于是将LISA数百万公里的激光干涉距离缩短到了38厘米。实验的降噪精度超过了目标精度的5倍,达到LISA所需的25%。

2017年,LISA入选欧空局“宇宙观十年计划(2015-2025)”中最高的L级任务,经费上限10.5亿欧元。

此后,LISA还要通过欧空局的层层审核,方能提上发射日程。这次的任务审核,主要是对项目整体的任务设计可行性进行考察,确认LISA能充分实现科学目标;现阶段技术水平能满足任务要求;确认卫星、地面段载荷和发射器之间的相互配合。

(小标题)中国的“太极”和“天琴”

引力波天文学时代已经开启。LIGO创始人之一、2017年诺贝尔物理学奖得主雷纳・韦斯(Rainer Weiss)曾介绍道,到2030年左右,人类会有包括地面激光干涉仪和空间激光干涉仪在内的四个引力波窗口,探测目标各有侧重。

LISA将负责探测0.1兆赫到100兆赫的低频引力波,振荡时间从数秒到数小时不等。产生这些引力波的源头包括数百万倍太阳质量的超大黑洞、银河系中的双星系统和宇宙线等。

LIGO探测到引力波后,中国迅速作出相关部署,科技部成立了引力波研究专家委员会。中国的空间引力波探测项目现有两个方案,一个是由中科院力学所和国科大领导的“太极计划”,另一个则是由中山大学主导的“天琴计划”。

2017年11月,中国科学院大学副校长吴岳良提出,“太极计划”将于2033年发射卫星组。

“天琴计划”山洞实验室则于2017年12月在珠海动工,相关基础设置项目建设进入高潮。“天琴计划”总投资约150亿人民币,预期在15至20年内发射。

可以看出,“太极计划”、“天琴计划”的发射时间均与LISA接近。

韦斯曾在接受澎湃新闻(www.thepaper.cn)表示,他并不确定中国上马独立的空间引力波项目是否明智,他更希望中国能直接与LISA合作。

相比起来,韦斯更为看重中科院高能所牵头、与美国BICEP团队合作的原初引力波探测项目。该项目正在海波5100米的西藏阿里建设,一期望远镜将在2020年开始观测。

白鑫 本文来源:澎湃新闻 责任编辑:白鑫_NT4464
鹊聪科技为您整理,文章版权归原作者所有。