Laser Interferometer Rumantenne

Laser Interferometer Space Antenna (fra  engelsk  - "Laser Interferometric Space Antenna ") er et projekt af en  rumgravitationsbølgedetektor . Projektet startede oprindeligt under navnet LISA som et fælles projekt mellem European Space Agency og NASA . Men i 2011 meddelte NASA, som stod over for økonomiske problemer, at de ikke længere kunne deltage i udviklingen af ​​LISA [1] . Et nedskaleret design for LISA-projektet kaldet New Gravitational-wave Observatory (NGO) er blevet foreslået som den næste store mission for Cosmic Vision -programmet [2]. I juni 2017 blev missionen endelig godkendt af ESA.

I øjeblikket[ hvornår? ] eksperimentet er i designstadiet, er den estimerede lanceringstid 2034 [3] [4] . Forsøgets estimerede varighed er 5 år, med mulighed for forlængelse op til 10 år.

I december 2015 blev LISA Pathfinder -satellitten opsendt for at teste nogle løsninger til LISA-udstyr. Testen var vellykket, og i april 2016 vurderede Gravitational Observatory Advisory Board LISA-projektet som værende implementeret og anbefalede, at European Space Agency, der er ansvarlig for oprettelsen af ​​enheden, udskyder opsendelsen fra 2034 til 2029 [5] . , den estimerede lanceringstid forblev uændret - 2034 .

Projektmål

LISA-projektet har til formål at studere gravitationsbølger gennem laserinterferometri på astronomiske afstande. Målinger vil blive udført ved hjælp af tre rumfartøjer placeret i spidserne af en regulær trekant. De to sider af denne 1 million km lange trekant [6] vil danne armene på det gigantiske Michelson-interferometer . Når en gravitationsbølge forvrænger strukturen af ​​rum-tid mellem to rumfartøjer, bliver det muligt at måle de relative ændringer i længden af ​​interferometerarmene fra laserstrålens faseforskydning, på trods af at denne effekt er lille.

Målet med projektet er ikke kun at detektere gravitationsbølger, men også at måle deres polarisering såvel som retningen til deres kilde. Det endelige mål med projektet er således at kortlægge himlen med en vinkelopløsning af størrelsesordenen flere grader ved at studere lavfrekvent gravitationsstråling. I tilfælde af vellykket drift af eksperimentet i flere år, kan opløsningen for kilder til højfrekvente gravitationsbølger (med perioder mindre end 100 sekunder) forbedres til adskillige bueminutter [7] .

Enhed

Det formodes at skabe en konstellation af tre identiske enheder (enheder, S / C), som hver vil være placeret i et af hjørnerne af en ligesidet trekant med en side på 2,5 millioner kilometer. På grund af forstyrrelser af tidevandskræfter fra siden af ​​solsystemets himmellegemer vil stjernebilledetrekanten "løsne sig" med en amplitude på omkring 50.000 km. Men på trods af disse forstyrrelser forventes det at måle de relative skift af enheder med picometer-nøjagtighed (den absolutte værdi af selve afstandene vil blive målt med en nøjagtighed på ca. 10 cm). Forfatterne til udviklingen indikerer, at påvirkningen af ​​solsystemets kroppe vil være, selvom den er enorm i amplitude, vil det være muligt at trække den fra under databehandling, da påvirkningen af ​​tidevandskræfter er jævn og har en karakteristisk målt tidsrækkefølge i måneder, mens LISA-detektoren er fokuseret på at søge efter signaler i millihertz-området ( MHz). En interessant løsning er kommunikationen mellem enhederne ved hjælp af de samme laserstråler, som bruges til videnskabelige opgaver. Det forventes, at den information, der indsamles om alle tre køretøjer samtidigt, vil blive transmitteret via laserstråler til en af ​​stjernebilledets enheder og derefter faldet til Jorden mindst én gang om dagen. Det bemærkes, at det på grund af de gigantiske afstande mellem køretøjerne ville være umuligt at bruge passive reflekser. I stedet fungerer hver enhed som en aktiv transponder .

I begyndelsen af ​​udviklingen af ​​LISA-missionen var den største tvivl om programmets gennemførlighed forårsaget af ikke-gravitationelle påvirkninger, der kunne forskyde enheder i rummet på en uforudsigelig måde. Et eksempel på sådanne påvirkninger er trykket fra solvinden. For at kompensere for dem er hver enhed udstyret med et par lineære accelerationssensorer. Disse sensorer måler accelerationer projiceret på en af ​​3D-akserne. Funktionsprincippet for sensorerne er baseret på observation af et testlegeme, der flyder frit i vægtløshed, beskyttet mod enhver ydre påvirkning. Testlegemets position spores af et separat lille laserinterferometer. Testlegemerne inde i accelerationssensorerne er i stand til at drive frit langs sensorens akse (sensorens arbejdsretning), i de to andre retninger er disse legemer stift fastgjort af elektrostatiske kræfter. Således er et par sensorer på hver af enhederne nok til, at enhederne kan bevæge sig absolut inerti i konstellationsplanet, mens accelerationer i retningen vinkelret på dette plan ikke kompenseres på nogen måde og ikke forstyrrer det videnskabelige arbejde i stjerneplanet. enheder. For at udvikle og teste disse accelerationssensorer blev LISA Pathfinder-missionen skabt, hvis succesfulde afslutning gik forud for godkendelsen af ​​LISA-projektet [8] .

Et mærkeligt faktum er, at accelerometrenes testmasse er cirka en to kilogram 46 mm terning lavet af ædle metaller - en legering af guld og platin og belagt med guld. Sådanne dyre materialer blev valgt på grund af deres høje tæthed, lave magnetiske følsomhed, elektrostatisk homogene og inerte overflade.

LISA Pathfinder

LISA Pathfinder-projektet, tidligere kendt som SMART-2 ( Small Missions for Advanced Research in Technology-2 ), er en testsatellit, hvorpå de tekniske løsninger, der er nødvendige for et fuldskala-eksperiment, blev testet. LISA Pathfinder blev lanceret den 3. december 2015 [9] . Listen over LISA Pathfinders videnskabelige udstyr omfattede to ultrapræcise accelerometre, hvis aflæsninger ikke viste nogen væsentlige uoverensstemmelser og dermed bekræftede gennemførligheden af ​​LISA-projektet med eksisterende teknologier.

eLisa og forskellige varianter

Den oprindelige mission (LISA 2008) antog interferometerarmlængder på 5 millioner kilometer [10] . Den reducerede mission, der blev foreslået i 2013, antog skuldre på 1 million kilometer, og blev kaldt eLISA [11] . LISA-missionen, der blev godkendt i 2017, antager en skulder på 2,5 millioner kilometer [12] .

Relaterede projekter

Mens LISA klart er foran konkurrerende projekter, er der en række andre lignende projekter og forslag:

• ALIA er en mission diskuteret af kinesiske videnskabsmænd, svarende til LISA. Det forventes at være en lidt bedre version af LISA [13] .
• DECIGO er en japansk mission under diskussion [14] . B-DECIGO er en mission for at teste sine nøgleteknologier (pathfinder).
• µAres, det diskuterede koncept for et interferometer af enorm størrelse, der kan sammenlignes med størrelsen af ​​Mars ' kredsløb (Ares), kan implementeres tidligst i 2050.
• BBO er en meget følsom antennemulighed, der er under diskussion og kan tidligst implementeres i 2050.

• GRACE-FO — ens med hensyn til anvendte teknologier, men væsentligt anderledes med hensyn til videnskabeligt fokus, er GRACE-projektet. LISA-teamet bemærker, at den (kommende på tidspunktet for LISA-udgivelsen) opsendelsen af ​​GRACE -FO (GRACE Follow-On) rumfartøjer, der bruger laserinterferometri til nøjagtigt at måle Jordens gravitationsfelt, vil skabe en værdifuld arv for implementeringen af ​​LISA. Til gengæld bemærker GRACE-teamet arven fra LISA (vi taler sandsynligvis om LISA Pathfinder-teknologierne, der bruges på GRACE) [8] .

Se også

• Gravitationsbølgedetektorer

Noter

1. ↑ Formandens budgetanmodning for FY12 . NASA/USAs føderale regering. Hentet 4. marts 2011. Arkiveret fra originalen 3. marts 2011. (ubestemt)
2. ↑ Amaro-Seoane, Pau; Aoudia, Sofiane; Babak, Stanislav; Binetruy, Pierre; Berti, Emanuele; Bohe, Alejandro; Caprini, Chiara; Colpi, Monica; Cornish, Neil J; Danzmann, Karsten; Dufaux, Jean-François; Gair, Jonathan; Jennich, Oliver; Jetzer, Philippe; Klein, Antoine; Lang, Ryan N; Lobo, Alberto; Littenberg, Tyson; McWilliams, Sean T; Nelemans, Gijs; Petiteau, Antoine; Porter, Edward K; Schutz, Bernard F; Sesana, Alberto; Stebbins, Robin; Sumner, Tim; Vallisneri, Michele; Vitale, Stefano; Volonteri, Marta; Ward, Henry (21. juni 2012). "Lavfrekvent gravitationsbølgevidenskab med eLISA/NGO". Klassisk og kvantetyngdekraft . 29 (12): 124016. arXiv : 1202.0839 . Bibcode : 2012CQGra..29l4016A . DOI : 10.1088/0264-9381/29/12/124016 .
3. ↑ Udvalgt: Gravitationsuniverset - ESA beslutter sig for næste store missionskoncepter Arkiveret 3. december 2013.
4. ↑ ESA's nye vision om at studere det usynlige univers . Hentet 15. maj 2014. Arkiveret fra originalen 14. oktober 2018. (ubestemt)
5. ↑ Lanceringen af ​​eLISA gravitationsobservatoriet blev foreslået fremskyndet . Hentet 18. april 2016. Arkiveret fra originalen 6. maj 2016. (ubestemt)
6. ↑ Artikler | eLISA gravitationsbølgeobservatoriet . www.elisascience.org. Hentet 25. februar 2016. Arkiveret fra originalen 5. december 2013. (ubestemt)
7. ↑ Brochure om LISA-projektet (på engelsk) . Hentet 15. april 2007. Arkiveret fra originalen 8. maj 2009. (ubestemt)
8. ↑ 1 2 Arkiveret kopi . Hentet 26. april 2021. Arkiveret fra originalen 26. april 2021. (ubestemt)
9. ↑ ESA lancerer med succes LISA Pathfinder Research Module into Orbit , Euronews  (3. december 2015). Arkiveret fra originalen den 4. december 2015. Hentet 3. december 2015.
10. ↑ Byer, Robert L. (5.-6. november 2008). LISA: Trækfri formation, der flyver på 5 millioner kilometer (PDF) . Stanford 2008 Positionsnavigation og tidssymposium. SLAC . Arkiveret 4. september 2021 på Wayback Machine
11. ↑ Wang, Bande; Ni, Wei-Tou (februar 2013). "Numerisk simulering af tidsforsinkelsesinterferometri for eLISA/NGO". Klassisk og kvantetyngdekraft . 30 (6): 065011.arXiv : 1204.2125 . Bibcode : 2013CQGra..30f5011W . DOI : 10.1088/0264-9381/30/6/065011 .
12. ↑ Cornish, Neil; Robson, Travis (29. marts 2017). "Galaktisk binær videnskab med det nye LISA-design". Journal of Physics: Konferenceserie . 840 (1): 012024. arXiv : 1703.09858 . Bibcode : 2017JPhCS.840a2024C . DOI : 10.1088/1742-6596/840/1/012024 .
13. ↑ [https://web.archive.org/web/20210428211200/https://arxiv.org/abs/1410.7296 Arkiveret 28. april 2021 på Wayback Machine [1410.7296] Descope of the ALIA-mission]
14. ↑ [https://web.archive.org/web/20210428214758/https://arxiv.org/abs/2006.13545 Arkiveret 28. april 2021 på Wayback Machine [2006.13545] Nuværende status for rumgravitationsbølgeantenne og B-DECIGO DECIGO]

Links

• Om LISA-projektet på NASAs hjemmeside
• Om LISA-projektet på webstedet for European Space Agency
• S. Popov og M. Prokhorov. Universets spøgelsesbølger. "Around the World", 2007, nr. 2.
• Visuel gengivelse af eksperimentet

Ordbøger og encyklopædier	Britannica (online)