衛星在“咱們穿越吧”中遇見太空引力波

歐洲航天局開發了一個在太空搜尋引力波的專案 eLISA，向太空發射引力波探測器的主要原因有兩點，一是存在超大結構的天體，它們在運動中存在引力波輻射的可能性；二是太空環境避免了探測器受到的地震影響，地震波對引力波探測的干擾不可忽視。太空引力波探測器概念也被稱為LISA（鐳射干涉儀太空天線），歐洲航天局和美國航天局設想了共同開發LISA的方案，但兩大航天機構20年的聯合開發計劃最終宣告“分手”。

主要的原因是美國航天局缺乏後續的經費支撐，美方單方面撕毀合同、撤走專家。歐洲航天局目前正在研製新版的LISA，它被稱為eLISA、有時稱為NGO，由於美國航天局不能提供資金的支援，歐洲航天局只能單方面實施最初的LISA專案。eLISA或升級版的鐳射干涉儀太空天線是一個設定在衛星上的鐳射干涉儀探測器，鐳射的臂長達到了100萬公里。

太空引力波探測器eLISA按三角形結構進行佈置，它含有一個“母”航天器和兩個“子”航天器，這三個航天器將被髮射到太陽軌道，與地球的公轉軌道保持一致。三顆衛星將以近似於等邊三角形的幾何結構在太空“安營紮寨”，相互保持在100萬公里的穩定距離。在太陽軌道飛行時，衛星與地球保持在大約5億公里的距離，三角形的幾何結構可以調整方向，以確保在各個方向上都能接收引力波，當研究人員對引力波到達eLISA.的方向進行研判時，eLISA實際上是一個在軌運轉的鐳射干涉儀，它的工作原理與所謂的邁克爾遜干涉儀相似。

與邁克爾遜干涉儀形成了鮮明的對比，它沒有將光線分成兩個部分，兩束光線被分別傳送到一個遠距離的鏡面，兩束光線會從鏡面反射回來。eLISA的“母”衛星將鐳射束分別傳送到兩顆“子”衛星，三個探測衛星相隔遙遠，“母”衛星發出的鐳射到達了“子”衛星，它的反射光能力變得十分微弱，這是為什麼eLISA衛星沒有裝上鏡子的原因，相反，無論什麼光線抵達了eLISA，它都能積極地反射鐳射，將最初的鐳射束與反射的鐳射束進行對比，從中監測衛星之間距離的變化值。

精確測量衛星之間距離的變化，測量精度決定了探測太空引力波的可能性，而eLISA的測量精度達到了皮米（百億分之一米）的數量級（1皮米或1微微米等於10的負12次方米）。衛星的檢測方式不會受到外界物質的干擾，諸如：太陽風，它是由太陽活動不斷激發出的粒子束。eLISA的使命之一是“收聽”從宇宙非常熱的早期階段發射的訊號，從時間上相當於宇宙在誕生後1秒以內的一個極其微小的片段。

然而，eLISA的主要目標是探測和檢驗由超大質量黑洞發射的引力波，這類黑洞通常寄居在星系的中心，此外，eLISA將會在銀河系檢測數千個緊湊的雙星系發出的引力波訊號。eLISA的專案團隊在鐳射干涉儀、推進器和感測器等技術領域進行了數十年的技術研發，在這些領域達到了極高的水平。eLISA採用的先進技術正在進行太空測試， LISA探路者2015使命展開了測試實驗，eLISA使命計劃預計在2034年正式實施，馬克斯·普朗克研究所所屬的引力物理研究分所在LISA 探路者和eLISA這兩項使命計劃中都發揮了主要作用。

（編譯：2016-3-15）

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