欧洲航天局成功验证引力波太空探测关键技术

总部位于巴黎的欧洲航天局7日宣布，数月前发射升空的“LISA探路者”探测器，已成功验证了在太空探测引力波的关键技术。去年12月3日，作为欧航局引力波太空探测计划的前期任务，“LISA探路者”探测器由一枚“织女星”运载火箭发射升空，并于今年1月底抵达距离地球150万公里的目标轨道，围绕太阳和地球连线延长线上的“拉格朗日点”飞行。

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而它的科学探测之旅则从3月正式开始。

“LISA探路者”探测器内带有两个质量为2千克、边长4．6厘米的金铂合金立方体。科学家希望通过观测这两个处于自由落体状态且彼此相距38厘米的立方体在运动中相对位置的变化，以证明引力波的存在。

为证明引力波的存在，探测器在轨道飞行过程中不能够与这两个立方体相触碰，不被任何外力干扰。为达到理想的探测状态，研究人员首先对探测器内部的零件进行了极为精确的设计配重，平衡两个立方体所受探测器本身的引力。

“LISA探路者”还要抵达拉格朗日点。拉格朗日点又叫平动点，探测器在这一位置受到的地球引力和太阳引力互相平衡，不受外力干扰。探测器内部的电极能随时探测两个金铂合金立方体及探测器本身的位置，可以随时启动多个推进器调整探测器的飞行，让两个立方体保持在完全不受干扰的自由落体状态。

研究人员在7日出版的美国著名物理学期刊《物理评论快报》上报告说，最初两个月的实验数据显示，“LISA探路者”探测器内的两个金铂合金立方体几乎保持了静止，且两者的相对加速度甚至不及地球引力的1万兆分之一（一个重力加速度的10的负16次方）。这一精确度比预期水平高出5倍，充分证明所测试的技术能够满足在太空中建立引力波天文台的要求。

“LISA探路者”只是欧航局引力波探测计划的前期任务，用于演示和验证相关技术。正式的“激光干涉仪空间天线进阶计划”将于2034年启动，由彼此相距100万公里、构成等边三角形结构的三个探测器组成。

一个世纪前，爱因斯坦发表的广义相对论从理论上预言了引力波的存在，认为它产生于大质量天体加速、碰撞或者黑洞合并等天体事件。引力波被视为宇宙中的“时空涟漪”，如同石头丢进水里产生的波纹一样。多年来，如何通过科学观测设备直接证明引力波的存在一直是科学家们努力攻克的难题。今年2月11日，美国科学家宣布利用“激光干涉引力波天文台（LIGO）”成功于2015年9月14日首次直接探测到引力波信号，创造了物理学发展史上具有里程碑意义的重要成果。

与建造在地面的LIGO引力波探测器不同，欧航局计划将实验的背景转移到太空当中，致力于追踪黑洞合并或其他剧烈天体事件发生时产生的引力波。欧航局解释说，超大质量黑洞合并等天体事件往往会产生波段在0．1兆赫（0．1mHz）到1赫兹（Hz）之间的低频段引力波，要追踪到这种低频引力波信号，探测装置必须有能力测量出相距数百万公里的物体之间相对位置出现的极其细微的波动。由于地球上存在地震噪声、热噪声等因素的干扰，根本无法完成对低频引力波信号的捕捉，这一切只能在太空中实现。

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