LISA引力波天文台星座获得欧空局批准建造

欧空局科学计划委员会批准了激光干涉仪空间天线（LISA）任务，这是首次从太空探测和研究引力波的科学尝试。这一重要步骤被称为"通过"，意味着欧空局承认飞行任务的概念和技术足够先进，并批准建造仪器和航天器。一旦选定欧洲工业承包商，这项工作将于 2025 年 1 月开始。

欧空局的激光干涉仪空间天线（LISA）任务将是第一个专门用于探测时空结构涟漪的天基观测站。这些涟漪我们称之为引力波，是在宇宙中一些最强大的事件中发出的，比如黑洞碰撞时。图片来源：欧空局

LISA 不只是一个航天器，而是由三个航天器组成的星座。它们将在地球绕太阳运行的轨道上跟踪地球，在太空中形成一个精确的等边三角形。三角形的每条边将长达 250 万公里（是地月距离的六倍多），航天器将在这个距离上交换激光束。这三个航天器计划于 2035 年用阿丽亚娜 6 号火箭发射。

在欧空局的领导下，欧空局、其成员国空间机构、美国国家航空航天局（NASA）和一个国际科学家联盟（LISA 联盟）通力合作，使LISA 成为可能。

欧空局的 LISA 任务将捕捉并研究时空结构中的涟漪。这些涟漪我们称之为引力波，是在宇宙中一些最强大的事件中发出的。产生引力波的系统的一个例子是，一对黑洞绕着对方运行，并朝着碰撞的方向前进。它们巨大质量的加速度会震动时空结构并产生涟漪。图片来源：ESA / ATG Medialab

就在一个多世纪前，爱因斯坦做出了革命性的预言：当大质量物体加速时，它们会震动时空结构，产生微小的涟漪，即引力波。由于现代技术的发展，我们现在能够探测到这些最难以捉摸的信号。

"LISA是一项前所未有的尝试。地面仪器可以利用激光束在几千米的距离内探测到来自恒星大小天体事件的引力波，如超新星爆炸或超高密度恒星和恒星质量黑洞的合并。"LISA 项目首席科学家诺拉-吕茨根多夫（Nora Lützgendorf）解释说："要拓展引力研究的前沿领域，我们必须进入太空。由于激光信号在 LISA 上传播的距离非常远，而且其仪器具有极高的稳定性，我们将探测比地球上更低频率的引力波，揭示不同规模的事件，一直追溯到时间的黎明"。

引力波是大质量天体（如黑洞聚集和合并）的加速度在时空中产生的涟漪。空间中的不同物体会产生不同时间尺度的引力波，从几毫秒到几十亿年不等。其中有些波只能从太空中观测到。图片来源：欧空局

LISA 将在整个宇宙中探测星系中心的巨大黑洞碰撞时所产生的时空涟漪。这将使科学家们能够追溯这些畸形天体的起源，绘制它们如何成长为比太阳质量大数百万倍的天体，并确定它们在星系演化过程中扮演的角色。

这项任务将捕捉到我们宇宙最初时刻预测的引力"响声"，让我们一窥宇宙大爆炸后的最初几秒钟。此外，由于引力波携带发射引力波的天体的距离信息，LISA 将帮助研究人员用一种不同于欧几里得和其他巡天所用技术的尺度来测量宇宙膨胀的变化，从而验证他们的结果。

在我们银河系的更近处，LISA 将探测到许多合并的紧凑天体对，如白矮星或中子星，让我们对这些系统演变的最后阶段有一个独特的洞察力。通过精确定位它们的位置和距离，LISA 将在欧空局盖亚任务发现的基础上，进一步加深我们对银河系结构的了解。

"几个世纪以来，我们一直在通过捕捉光线来研究我们的宇宙。将其与引力波的探测结合起来，为我们对宇宙的感知带来了一个全新的维度，"LISA 项目科学家奥利弗-詹里奇（Oliver Jennrich）说。

"想象一下，迄今为止，我们的天体物理学任务就像无声电影一样观看宇宙，那么用 LISA 捕捉时空涟漪将真正改变游戏规则，就像给电影添加声音一样"。

2015 年，LISA 探路者为即将到来的 LISA 任务测试了重要技术。技术演示的核心是两个固体金铂合金立方体。每个立方体都是一个边长为 4.6 厘米、重 1.96 千克的测试质量。图为其中一个立方体。LISA 任务的三个航天器将各承载两个这样的试验质量块。它们是自由浮动的，装在一个"电极外壳"内。当不同航天器中立方体之间的距离发生变化时，就能发现引力波。LISA 将通过在相邻的一对航天器之间交换激光束来跟踪这些变化。资料来源：欧空局

为了探测引力波，LISA 将使用一对坚固的金铂立方体--即所谓的测试质量（比魔方略小），自由漂浮在每个航天器中心的特殊外壳中。引力波将引起不同航天器中质量块之间距离的微小变化，该任务将使用激光干涉测量法跟踪这些变化。

这项技术需要将激光束从一个航天器射向另一个航天器，然后将它们的信号叠加起来，以确定质量距离的变化，精度精确到几十亿分之一毫米。

航天器的设计必须确保除了时空本身的几何形状之外没有任何东西会影响处于自由落体状态的质量运动。

该航天器是继LISA 探路者号之后的又一个航天器，LISA 探路者号证明了有可能将自由落体中的试验质量保持在惊人的精确水平上。与欧空局的盖亚和欧几里得任务相同的精密推进系统将确保每个航天器以最高的精度保持所需的位置和方向。

LISA 被选为欧空局"2015-2025 年宇宙愿景"的第三个大型任务，它将加入欧空局的宇宙观测器科学舰队，以解决该计划的两个核心问题：宇宙的基本物理定律是什么？宇宙是如何起源的？

在这项探索中，LISA 将与欧空局目前正在研究的另一项大型飞行任务合作：新雅典娜（NewAthena）。新雅典娜的发射日期预计为 2037 年，它将成为有史以来最大的 X 射线天文台。

欧空局领导着 LISA 任务，并将提供航天器、发射、任务运行和数据处理。关键的仪器元件包括：由意大利和瑞士提供的屏蔽外力的自由落体试验质量；由德国、英国、法国、荷兰、比利时、波兰和捷克共和国提供的用于探测干涉信号的皮米精度系统；以及由西班牙提供的科学诊断子系统（整个航天器的传感器库）。超稳定激光器、用于收集其光线的 30 厘米望远镜以及紫外线光源（用于给测试块放电）将由美国国家航空航天局提供。

编译来源：ScitechDaily