美國(guó)國(guó)家航空航天局在歐洲領(lǐng)導(dǎo)的太空引力波天文臺(tái)上進(jìn)行合作

2025-12-10 00:11:34 分類：綜合 閱讀(498)

由ESA（歐洲航天局）領(lǐng)導(dǎo)、美國(guó)國(guó)家航空航天局參與的航空航天LISA（激光干涉儀空間天線）任務(wù)將使用三個(gè)航天器探測(cè)太空中的引力波，這三個(gè)航天器以三角形編隊(duì)飛行，局歐相距超過(guò)100萬(wàn)英里。洲領(lǐng)作在這幅藝術(shù)家的太空概念圖中，衛(wèi)星之間發(fā)射的引力激光將測(cè)量引力波如何改變它們的相對(duì)距離。圖像：uux.cn/AEI/MM/Exozet
（神秘的波天地球uux.cn）據(jù)美國(guó)宇航局（弗朗西斯·雷迪）：首個(gè)用于探測(cè)引力波的天基天文臺(tái)已經(jīng)通過(guò)了一項(xiàng)重要審查，并將著手建造飛行硬件。文臺(tái)1月25日，上進(jìn)ESA（歐洲航天局）宣布正式將激光干涉儀空間天線LISA納入其任務(wù)陣容，行合計(jì)劃于2030年代中期發(fā)射。美國(guó)歐空局領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)任務(wù)，航空航天美國(guó)國(guó)家航空航天局是局歐合作伙伴。
“2015年，洲領(lǐng)作位于地面的太空LIGO天文臺(tái)打開(kāi)了引力波的窗口，引力波是席卷時(shí)空和宇宙結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)，”美國(guó)國(guó)家航空航天局總部天體物理部門(mén)主任馬克·克蘭平說(shuō)。“LISA將給我們一幅全景圖，使我們能夠觀察銀河系內(nèi)外的各種光源。我們很自豪能成為這一國(guó)際努力的一部分，為探索宇宙的秘密開(kāi)辟新的途徑。”
美國(guó)國(guó)家航空航天局將提供LISA儀器套件的幾個(gè)關(guān)鍵組件以及科學(xué)和工程支持。美國(guó)國(guó)家航空航天局的貢獻(xiàn)包括激光、望遠(yuǎn)鏡和減少電磁電荷干擾的設(shè)備。LISA將使用該設(shè)備測(cè)量由引力波引起的數(shù)百萬(wàn)英里太空中的精確距離變化。歐空局將提供航天器，并在任務(wù)的開(kāi)發(fā)和運(yùn)行期間監(jiān)督國(guó)際小組。
一個(gè)多世紀(jì)前，阿爾伯特·愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論預(yù)言了引力波。它們是由加速質(zhì)量產(chǎn)生的，例如一對(duì)軌道運(yùn)行的黑洞。由于這些波消除了軌道能量，物體之間的距離在數(shù)百萬(wàn)年內(nèi)逐漸縮小，它們最終合并。
直到2015年，由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)資助的激光干涉引力波天文臺(tái)LIGO測(cè)量到兩個(gè)黑洞合并產(chǎn)生的引力波時(shí)，這些太空結(jié)構(gòu)中的漣漪才被發(fā)現(xiàn)。這一發(fā)現(xiàn)推進(jìn)了一個(gè)被稱為“多信使天文學(xué)”的新科學(xué)領(lǐng)域，在該領(lǐng)域中，引力波可以與其他宇宙“信使”——光和粒子——結(jié)合使用，以新的方式觀察宇宙。
與其他地面設(shè)施一起，LIGO已經(jīng)觀察到數(shù)十個(gè)黑洞合并，以及中子星和中子星-黑洞系統(tǒng)的合并。到目前為止，通過(guò)引力波探測(cè)到的黑洞相對(duì)較小，質(zhì)量是我們太陽(yáng)的幾十倍甚至一百倍。但科學(xué)家認(rèn)為，在宇宙年輕時(shí)，質(zhì)量大得多的黑洞合并很常見(jiàn)，只有太空天文臺(tái)才能對(duì)它們發(fā)出的引力波敏感。
“LISA旨在感知地球上的儀器無(wú)法探測(cè)的低頻引力波，”該機(jī)構(gòu)位于馬里蘭州格林貝爾特的戈達(dá)德太空飛行中心的美國(guó)國(guó)家航空航天局研究科學(xué)家艾拉·索普說(shuō)。“這些來(lái)源包括我們銀河系中數(shù)萬(wàn)個(gè)小型雙星系統(tǒng)，以及早期宇宙中星系碰撞時(shí)合并的大質(zhì)量黑洞。”

來(lái)自我們銀河系中致密雙星系統(tǒng)模擬種群的引力波被用來(lái)構(gòu)建整個(gè)天空的合成地圖。這類系統(tǒng)在緊密的軌道上包含白矮星、中子星或黑洞。一旦LISA任務(wù)在未來(lái)十年內(nèi)啟動(dòng)，像這樣使用真實(shí)數(shù)據(jù)的地圖將成為可能。我們銀河系的中心位于這張全天影像的中心，銀河平面在中間延伸。較亮的點(diǎn)表示重力信號(hào)較強(qiáng)的來(lái)源，較亮的顏色表示頻率較高的來(lái)源。較大的彩色斑塊顯示位置不太為人所知的來(lái)源。圖像：uux.cn/美國(guó)國(guó)家航空航天局戈達(dá)德航天中心
LISA將由三艘航天器組成一個(gè)巨大的三角形編隊(duì)飛行，跟隨地球繞太陽(yáng)運(yùn)行。三角形的每條邊都延伸160萬(wàn)英里（250萬(wàn)公里）。該航天器將跟蹤僅受重力影響的內(nèi)部測(cè)試質(zhì)量。與此同時(shí)，他們將連續(xù)發(fā)射激光，在小于氦原子大小的范圍內(nèi)測(cè)量它們的分離。來(lái)自宇宙各處的引力波將在三角形臂的長(zhǎng)度上產(chǎn)生振蕩，LISA將捕捉到這些變化。
歐空局的LISA探路者任務(wù)在太空中成功展示了基本的測(cè)量技術(shù)，該任務(wù)在2015年至2017年期間運(yùn)行，美國(guó)國(guó)家航空航天局也參與其中。該航天器展示了LISA所需的精密控制和精確的激光測(cè)量。