一 : LISA探路者能为引力波检测铺路吗？

已经天发射的LISA探路者，将为太空引力波探测铺平道路

上周开始,Lisa探路者打开元素的科学有效载荷,包括激光,将用于检测在宇宙空间有史以来最精确的自由落体运动情况。

北京时间12月3日中午12:15分，一枚织女星运载火箭将从法属圭亚那航天中心发射升空，将LISA探路者（LISA Pathfinder）运送到150万千米以外的日－地关系第1拉格朗日点。这个探测器名副其实，作为LISA的探路者，它将踏出太空观测引力波的第一步。

引力波

对于物理学来说，整整一个世纪前的1915 年，是一个有某种神圣意义的年份。这一年，在经历长达10年的苦思冥想之后，爱因斯坦终于确定了描述引力的场方程。1915 年11 月25 日，他正式提交了描述广义相对论公式的论文。同时，他在德国科学院做了每周一次，一共持续4个星期的报告，向世人正式揭晓那一石破天惊的结论：引力，不过就是时空的弯曲。

整整一百年之后，此时此刻，我们又将迎来激动人心的时代。2015 年9月18 日，脱胎换骨后的地面引力波探测器advanced LIGO 正式开始工作；而今天，LISA pathfinder 将正式发射升天。我们，屏息凝神，聆听宇宙。

这个时刻，大概爱因斯坦做梦也没有想到过。推导出广义相对论之后，他很快就意识到，如同电磁波一样，引力也是以波动的形式传播，并且速度就是光速。他随后在论文中写到，然并卵，引力波太过微弱，根本无法探测。

很多科学家都拼命想证明爱因斯坦错了，成功的人并不多，探测引力波的人算是其中一员。爱因斯坦这回的确错了：引力波确实很弱，但并非无法探测。利用激光干涉的方法，以及一系列牛逼闪闪的技术，我们可以探测到非常微小的时空扰动。有多小呢？原子足够小了吧，如果把我们的探测器延长，一头在地球，一头在太阳，探测器长度发生哪怕只有一个原子尺度的变化，我们都需要把它探测出来。而这样精度，advanced LIGO 现在已经做到了。

然而，地面上的探测器也有自己的苦楚。正是因为它实在太灵敏了，稍有风吹草动它都会受到影响。几千米外卡车驶过高速公路，几十千米外的森林里有人砍树，几百千米外海浪拍着沙滩，都会在LIGO 探测器上留下踪迹。由于这些噪声的存在，在地面上我们只能关注高频的引力波（100－1000 Hz），低频引力波只能放弃了。要探测频率低很多的引力波信号，就必须远离地球，向太空进发。

LISA

空间探测引力波的项目并不像地面项目这么幸运。空间项目一向以其高风险著称，一旦发生故障，基本上仪器就彻底报废，除非花大钱更换零件（比如哈勃望远镜）或者更换科学目标（比如搜寻太阳系外行星的开普勒望远镜）。

空间激光干涉引力波探测器LISA，首次提出是在上世纪六七十年代，但是直到今天，距离发射依然遥遥无期。在最初的设计中，3 个探测器两两之间形成相距500万千米的干涉臂，相当于从地球到月亮距离的13 倍，一共可以构成3个干涉仪。如此遥远的距离，这些卫星一旦发生故障，要维修是根本不可能的。至于那些让探测精度提升到惊人地步的牛逼技术？？ 这么说吧，牛逼和稳定可靠，在技术上基本是一对反义词。

LISA原本计划用3个探测器相互间隔500万千米，构成3个空间激光干涉仪，用来探测引力波信号

其实，LISA 的预计发射期，一直以来都是“大概10年之内”。起初是研发进行到一半，发现技术难度超出预期，导致发射期一拖再拖；到后来，技术渐渐成熟，管卫星经费的那帮人又开始说，我怎么知道你的技术是否可靠？于是LISA 团队提出了一个折衷的方案：先发射一个探路器，要比发射3颗卫星便宜得多，可行性也高得多。如果一切运行稳定正常，到时候再拨钱给LISA——这就是LISA 探路者的由来。

就在大家信心满满，等着用LISA 探路者的结果说（打）服（脸）那些管经费的人时，2007 年金融危机来了，NASA 大幅度削减经费，大批天文项目纷纷被砍，LISA 也不例外。幸好，这个项目从一开始就不是NASA 一个人在战斗，美国人退出了，欧洲空间局ESA 就此接手。

不过，ESA表示家里余粮也不多了。LISA只能作出让步，把探测器间距缩短到100万千米，干涉臂也减到了2条，只能组成一个干涉仪，甚至连名字都改成了eLISA。我很想说，她从此过上了幸福快乐的生活。可惜，现实是残酷的。eLISA的经费已经无以为继了。当然，严格来说，eLISA 项目仍然存在，只是在2034 年之前都得不到足够的经费可以把它发射上天了。现在eLISA的人又开始蠢蠢欲动，把目光投向了遥远的东方，寻找中国土豪的合作；而我国也在计划自行研究空间引力波探测器“天琴计划”。

LISA探路者

那么，LISA探路者究竟要干些啥呢？

基本上，就是把整个100 万千米的LISA 基线浓缩到一个人造卫星之内，让两个相距38 厘米的无拖曳金铂立方体处于失重状态，通过一系列技术屏蔽外界的各种因素对两个立方体的干扰，间歇性地用相当微小又相当精确的推动器控制这些小立方不要跑出去，然后用激光干涉技术测量他们的测地线偏差。

换句话说，就是自由落体。是的，自由落体，不仅仅出现在物理课本和习题上，还出现在最尖端的科研前线。

LISA 探路者，就是要保证两个金铂立方体处于自由落体状态，并用激光干涉测量期间距离的微小变化。所以，它需要飞行到地球引力与太阳引力互相平衡的拉格朗日点，让间隔38 厘米的两个被测立方体处于自由下落（失重）的状态。探测器所有的功能，就是保证它肚子里的两个立方体自由下落，不收外界干扰。

LISA探路者的任务，就是要保证它内部的两个金铂立方体处于自由落体状态，并用激光干涉测量期间距离的微小变化，以验证未来eLISA将要用到的技术是否切实可行。

自由落体并不难，真正困难的是要达到令人发指的测量精度（10^-12米，原子半径都比这个数大100 倍）。想想看吧，连探测器里不同零件的布局都要用精确的计算机建模来反复修改配重，才可以平衡两个金铂立方所受到的探测器本身的引力。

另外，你还得想办法让两个金铂立方体保持在一个很狭小的范围内。在一定范围内让两个立方体自由飘动，飘得太过分了就纠正一下，再继续飘动。这一个飘动一个纠正都大有讲究，需要非常微小而又非常精确的控制器，而所有这一切都得装在一个很小的探测器里。想想就不得不感慨，这可是不折不扣的螺蛳壳里做道场。

当然，LISA探路者的使命就是要测试牛逼的技术是否能够正常运行。简单举两个例子。引力很弱，你跳一下，就能够用腿部的电磁力抗衡整个地球对你施加的引力。如此傲娇的引力，太容易被别的因素影响了，所以金铂立方体真的是见光死——不是说它怕被晒黑，而是说太阳光有光压，金铂立方会被光压推动而不再处于自由下落的状态。另外，火箭发射时卫星会经历很强的加速度和颠簸，如此精密的仪器要是在发射时颠坏了，可就不好玩了。 （编辑：卷扬机）

二 : 婆罗门引.贺科学家探测引力波成功（外四首）

婆罗门引.贺科学家探测引力波成功

石鉴明

宇源在哪？引力波探寻秘宫。爱因斯坦预言，广义相对论说，突破门重重。天文学新途，将开真容。

仍在道中。全人类，兴趣浓。天体物理学问，深奥无穷。且聚主力，同携手，扬帆乘东风。宙无限，再立丰功。

2016.2.14于长沙

摸鱼子.太湖游( 文章阅读网：www.61k.com )

石鉴明

太湖美，碧波荡漾，孕育仰韶文明。通江达海胸怀广，敢容日月宝镜。光粼粼。看鼋头突兀，赏水中帆影。如梦初醒。鸥鹭翩翩翔，谁人不醉？革面洗丹心。

日三省。吴越争战多代，结果弱者得胜。上善若水自然法，岂能妄走邪径？须冷静。问范蠡明相，理财宝金银。知足且停。贪多一场空，有舍有得，便是好年景。

2016.2.21于长沙追忆

琵琶仙. 田汉故里

石鉴明

金猴引路，雨后晴，浔龙艺镇奇特。当年杨泗将军，挥剑斩恶蛇。降水怪，利国利民，老百姓，赞口不绝。洞庭湖边，从此太平，群众喜悦。

双河村，田汉故里，起国歌，忆烽火岁月。民族统一抗倭，不惜献身血。铸长城，抵御日寇；战沙场，灰飞烟灭。仍须居安思危，永保红色！

2016.2.10于长沙

少年游.岳阳楼

石鉴明

千里洞庭，水波无影，多少船被困？岳阳楼在，依然可登，可惜变风景！

有得有失有古训，违背必遭惩。范公何在？多思国民，忧乐当分明！

清平乐.长沙闹元宵

金猴喜腾，衡岳显真颜。橘子洲头焰火靓，照亮万里江山。

炎黄初祖，尧舜共碧天。湘江北去下洞庭，欣逢盛世民欢。2016元宵节于长沙

三 : 探测引力波，如同聆听一曲宇宙交响乐

　　

　　发现引力波成为开年第一大科学新闻，将人类的目光引向浩瀚的太空。科学家说，蓬勃发展的引力波探测装置，即将呈现给人们的是宇宙美妙的交响乐章。

　　“如果说400年前当伽利略第一次将亲手制作的望远镜指向夜空的时候，人类开始用眼睛欣赏宇宙的瑰美，那么今天，我们学会了聆听宇宙的第一个音符。”美国麻省理工学院物理系研究员、哈佛史密森天体物理研究中心研究者苏萌说。

　　他在接受新华社记者采访时介绍说，引力波的频率很宽，就好像交响乐中分低音、中音、中高音和高音。针对不同频率，科学家采取了不同的探测手段，科学目标也不尽相同。

　　

　　宇宙乐章的低音

　　【探测目标】原初引力波

　　【引力波频率】最低

　　【解码】它的波长跟整个宇宙的尺度差不多大，所以只能通过对宇宙大爆炸后遗留的光子场信号，即宇宙微波背景辐射，来寻找它。

　　2014年3月，美国哈佛史密森天体物理中心宣称在南极观测到了原初引力波，但随后又发现出错了。

　　要从杂乱无章的各种引力波中辨认出带有宇宙大爆炸初期引力波留下的独特标记，的确太困难，需要不断发展灵敏度更高的实验来找寻。

　　【探测计划】南极BICEP2、西藏阿里观测项目。

　　

　　宇宙乐章的中音

　　【探测目标】超大质量黑洞并合时发出的引力波

　　【引力波频率】在百万分之一到亿分之一赫兹

　　【解码】这种事件往往发生在星系与星系相撞的后期，星系中心数百万到数亿太阳质量的巨大黑洞在最后阶段的撞击并合发出浩瀚的引力波信号，可是人类能建造的探测器太小了，哪怕把整个太阳系都当成探测器都无法测量。于是科学家想出一个绝妙的方法：利用校准后的毫秒脉冲星。这种自然界天然的时钟精度可以达到原子钟的级别，若干这样精确校准的毫秒脉冲星在宇宙中排成校准源的一个庞大阵列，天文学家利用地面上的大型地面射电望远镜作为探测器监视着宇宙中可能经过的时空涟漪。

　　【探测计划】FAST、SKA等。

　　

　　宇宙乐章的中高音

　　【探测目标】质量更小一些相互距离更近一些的大质量黑洞（几万到几百万太阳质量）并合过程的后期、中子星碰撞、超新星爆炸、银河系内的白矮双星系统等。

　　【引力波频率】十万分之一到一赫兹

　　【解码】这类引力波信号探测的手段也是蛮拼的：发射数颗卫星，在太空形成阵列。著名的LISA（光学干涉空间阵列）作为欧洲空间局批准的大型空间实验卫星项目，将为实现这个目标再努力约２０年，计划２０３５年左右开始收集数据。其首颗技术验证星LISA pathfinder去年年底刚刚由欧洲空间局送上太空。

　　【探测计划】LISA、太极、天琴等。

　　

　　宇宙乐章的高音

　　【探测目标】中子星、恒星级黑洞等致密天体组成的双星系统

　　【引力波频率】几十到几千赫兹

　　【解码】这就是人类第一次直接探测到的引力波信号，探测手段是地面数公里的激光干涉装置。

　　【探测计划】LIGO、VIRGO、GEO 600、KaGRA、LIGO-India等。

　　

本文标题：引力波探测-LISA探路者能为引力波检测铺路吗？
本文地址： http://www.61k.com/1125665.html