卫星在“咱们穿越吧”中遇见太空引力波

欧洲航天局开发了一个在太空搜索引力波的项目 eLISA，向太空发射引力波探测器的主要原因有两点，一是存在超大结构的天体，它们在运动中存在引力波辐射的可能性；二是太空环境避免了探测器受到的地震影响，地震波对引力波探测的干扰不可忽视。太空引力波探测器概念也被称为LISA（激光干涉仪太空天线），欧洲航天局和美国航天局设想了共同开发LISA的方案，但两大航天机构20年的联合开发计划最终宣告“分手”。

主要的原因是美国航天局缺乏后续的经费支撑，美方单方面撕毁合同、撤走专家。欧洲航天局目前正在研制新版的LISA，它被称为eLISA、有时称为NGO，由于美国航天局不能提供资金的支持，欧洲航天局只能单方面实施最初的LISA项目。eLISA或升级版的激光干涉仪太空天线是一个设置在卫星上的激光干涉仪探测器，激光的臂长达到了100万公里。

太空引力波探测器eLISA按三角形结构进行布置，它含有一个“母”航天器和两个“子”航天器，这三个航天器将被发射到太阳轨道，与地球的公转轨道保持一致。三颗卫星将以近似于等边三角形的几何结构在太空“安营扎寨”，相互保持在100万公里的稳定距离。在太阳轨道飞行时，卫星与地球保持在大约5亿公里的距离，三角形的几何结构可以调整方向，以确保在各个方向上都能接收引力波，当研究人员对引力波到达eLISA.的方向进行研判时，eLISA实际上是一个在轨运转的激光干涉仪，它的工作原理与所谓的迈克尔逊干涉仪相似。

与迈克尔逊干涉仪形成了鲜明的对比，它没有将光线分成两个部分，两束光线被分别发送到一个远距离的镜面，两束光线会从镜面反射回来。eLISA的“母”卫星将激光束分别发送到两颗“子”卫星，三个探测卫星相隔遥远，“母”卫星发出的激光到达了“子”卫星，它的反射光能力变得十分微弱，这是为什么eLISA卫星没有装上镜子的原因，相反，无论什么光线抵达了eLISA，它都能积极地反射激光，将最初的激光束与反射的激光束进行对比，从中监测卫星之间距离的变化值。

精确测量卫星之间距离的变化，测量精度决定了探测太空引力波的可能性，而eLISA的测量精度达到了皮米（百亿分之一米）的数量级（1皮米或1微微米等于10的负12次方米）。卫星的检测方式不会受到外界物质的干扰，诸如：太阳风，它是由太阳活动不断激发出的粒子束。eLISA的使命之一是“收听”从宇宙非常热的早期阶段发射的信号，从时间上相当于宇宙在诞生后1秒以内的一个极其微小的片段。

然而，eLISA的主要目标是探测和检验由超大质量黑洞发射的引力波，这类黑洞通常寄居在星系的中心，此外，eLISA将会在银河系检测数千个紧凑的双星系发出的引力波信号。eLISA的项目团队在激光干涉仪、推进器和传感器等技术领域进行了数十年的技术研发，在这些领域达到了极高的水平。eLISA采用的先进技术正在进行太空测试， LISA探路者2015使命展开了测试实验，eLISA使命计划预计在2034年正式实施，马克斯·普朗克研究所所属的引力物理研究分所在LISA 探路者和eLISA这两项使命计划中都发挥了主要作用。

（编译：2016-3-15）

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