Laser Interferometer Space Antenna
Laser Interferometer Space Antenna (LISA) — це запланований космічний зонд для виявлення та точного вимірювання гравітаційних хвиль[1] — збурень гравітаційного поля, що спричинені гравітаційною дією рухомих тіл[2]. LISA стане першою спеціальною гравітаційно-хвильовою обсерваторією космічного базування. Його метою є вимірювання гравітаційних хвиль безпосередньо за допомогою лазерної інтерферометрії. Концепція LISA складається з трьох космічних кораблів, розташованих у вершинах рівностороннього трикутника зі сторонами 2,5 млн км, які летять по геліоцентричній орбіті. Відстань між супутниками точно контролюється для виявлення гравітаційної хвилі, що проходить[1].
Проект LISA розпочався як спільна робота NASA та Європейського космічного агентства (ESA). Однак у 2011 році NASA оголосило, що не зможе продовжувати партнерство з Європейським космічним агентством у рамках LISA[3] через обмеження фінансування[4]. Проект є визнаним експериментом CERN (RE8)[5][6]. Зменшений проект, спочатку відомий як Нова обсерваторія гравітаційних хвиль (NGO), був запропонований як один із трьох великих проектів у довгострокових планах ESA. [7] У 2013 році ESA обрало «Гравітаційний Всесвіт» як тему для одного з трьох великих проектів у 2030-х роках[8][9], згідно з якими воно зобов’язалося запустити космічну обсерваторію гравітаційних хвиль.
У січні 2017 року LISA було запропоновано як місію-кандидата[10]. 20 червня 2017 року запропонована місія отримала свою чітку мету до 2030-х років і була затверджена як одна з головних дослідницьких місій ESA[11][12].
25 січня 2024 року місія LISA була офіційно затверджена ESA. Це означає, що концепція і технологія місії достатньо розвинені, щоб можна було розпочати будівництво космічного апарату та його приладів[13].
Місія LISA призначена для прямого спостереження гравітаційних хвиль - викривлень простору-часу, що переміщуються зі швидкістю світла. Гравітаційні хвилі, що проходять, дуже слабко стискають і розтягують простір. Вони викликаються енергетичними подіями у Всесвіті і, на відміну від будь-якого іншого випромінювання, можуть безперешкодно проходити через масивні тіла. Запуск LISA розширить пізнання Всесвіту вченими та дозволить їм вичати явища, які неможливо спостерігати в електромагнітному спектрі[14][15].
Потенційними джерелами сигналів є злиття масивних чорних дір у центрі галактик, [16] масивних чорних дір, навколо яких обертаються маленькі компактні об’єкти[17] подвійні компактні зорі[18] та, можливо, інші джерела космологічного походження, такі як космологічний фазовий перехід, що відбувся одразу після Великого вибуху,[19] та спекулятивні астрофізичні об’єкти, такі як космічні струни та інше[20].
Історія[ред. | ред. код]
Спочатку це був спільний проєкт ЄКА та НАСА, який мав назву LISA (від Laser Interferometer Space Antenna). 2008 року ESA повідомила про те, що проєкт перебуває на стадії розробки з попередньою датою запуску між 2015 та 2025 роками. Місія була однією з двох великих космічних програм, запланованих до реалізації впродовж 2010-х. Планувалося, що за 16 місяців після запуску апарати вийдуть на задані позиції та будуть працювати впродовж 2 років.
Однак на початку 2011 року НАСА повідомило, що залишає проєкт через брак коштів, виділених Конгресом[21]. ЄКА змінило назву проєкту на «evolved Laser Interferometer Space Antenna (eLISA)». Тепер це третій за масштабом космічний проєкт ЄКА (після JUICE та ATHENA[en])[22]. Він розвивається спільними зусиллями восьми європейських країн за участі окремих фахівців зі США[23].
Докладне опрацювання проєкту мало тривати до 2020 року. Зокрема, у грудні 2015 року запущено космічний апарат-прототип LISA Pathfinder. Промислову реалізацію повномасштабного проєкту передбачено розпочати 2024 року, а його запуск заплановано на 2034 рік[22].
Технологія[ред. | ред. код]
LISA складається з трьох супутників, які розміщені у формі рівностороннього трикутника. Вони слідуватимуть за Землею на віддалені близько 52 мільйонів кілометрів. Кожен із супутників складається з двох рухомих оптичних збірок, мета яких бути постійно направленими на інші два супутники. Кожна зі збірок містить телескоп, оптичну систему інтерферометра та тестову масу.
У кожній зі сторін цього трикутника відбувається подвійне вимірювання фази (яка є пропорційною відстані між супутниками). Окрім того, оскільки сонячний вітер та сонячне світло справляють на супутники значний негравітаційний вплив, кожен супутник нестиме так звану «пробну (тестову) масу». Вона не буде закріплюватись усередині супутника, а перебуватиме у вільному стані. Тобто окрім вимірювання відстані між супутниками додатково буде відбуватись вимірювання фази (відстані) між супутником і тестовою масою. Сигнал суми змін фаз між тестовими масами — супутник, супутник-супутник, супутник-тестова маса надалі аналізується на присутність сигналу гравітаційних хвиль.
Методом вимірювання фази є гетеродинна інтерферометрія. Потужний пучок (близько 1.5 Вт) з довжиною хвилі 1.064 мкм посилається до іншого супутника через чотирьохдзеркальний телескоп. Водночас тим же телескопом приймається пучок від іншого супутника (близько 500 пВт) в іншій поляризації та з дещо іншою довжиною хвилі (суть гетеродинної інтерферометрії). Вимірювання фази інтерференції отриманого і локального пучка (3 мВт) виконується за допомогою синхронного підсилювача.
Загальний огляд[ред. | ред. код]
Інтерферометр Майкельсона має L-подібну форму з двома плечима, на кінці кожного з яких розташоване дзеркало, в центрі розташоване джерело світла, променеподілювач та суматор. Для формування плечей інтерферометра потрібно три апарати, по одному в кожен кут, утворюваний плечима інтерферометра. Кожен супутник матиме дві оптичні системи, спрямовані на два аналогічні апарати (під кутом 60 градусів між ними). Таким чином, трьома однаковими апаратами буде утворено два незалежних інтерферометри. Це спрощує створення, тестування та розгортання системи, оскільки всі три апарати ідентичні між собою. Також це зумовить більшу точність отриманих у майбутньому даних: розташування у вигляді рівностороннього трикутника сприятиме більшій чутливості під час вимірювання гравітаційних хвиль.
Для усунення сил негравітаційного походження, таких як тиск світла та сонячний вітер, кожен апарат сконструйований за концепцією космічних апаратів із вбудованою системою мікрокорекції орбіти, так звані zero-drag satellites. Космічний апарат захищатиме від стороннього впливу пробне тіло, яке вільно розміщене в нього всередині[24]. Кінець кожного плеча інтерферометра в апараті визначається дзеркальною поверхнею, відлитою зі сплаву платини та золота у співвідношенні 25 до 75%[джерело?]. Для вимірювання позиції пробного тіла відносно апарату застосовуватимуться конденсатори, а на борту буде встановлено прецизійні двигуни для корекції траєкторії супутника.
Див. також[ред. | ред. код]
Джерела[ред. | ред. код]
- ↑ а б eLISA, The First Gravitational Wave Observatory in Space. eLISA Consortium. Архів оригіналу за 5 December 2013. Процитовано 12 November 2013.
- ↑ eLISA, Partners and Contacts. eLISA Consortium. Архів оригіналу за 5 December 2013. Процитовано 12 November 2013.
- ↑ LISA on the NASA website. NASA. Процитовано 12 November 2013.
- ↑ President's FY12 Budget Request. NASA/US Federal Government. Архів оригіналу за 3 березня 2011. Процитовано 4 Mar 2011.
- ↑ Recognized Experiments at CERN. The CERN Scientific Committees. CERN. Архів оригіналу за 13 June 2019. Процитовано 21 January 2020.
- ↑ RE8/LISA: The Laser Interferometer Space Antenna. The CERN Experimental Programme. CERN. Процитовано 21 January 2020.
- ↑ Amaro-Seoane, Pau; Aoudia, Sofiane; Babak, Stanislav; Binétruy, Pierre; Berti, Emanuele; Bohé, Alejandro; Caprini, Chiara; Colpi, Monica; Cornish, Neil J (21 June 2012). Low-frequency gravitational-wave science with eLISA/NGO. Classical and Quantum Gravity. 29 (12): 124016. arXiv:1202.0839. Bibcode:2012CQGra..29l4016A. doi:10.1088/0264-9381/29/12/124016.
- ↑ Selected: The Gravitational Universe ESA decides on next Large Mission Concepts [Архівовано 2016-10-03 у Wayback Machine.].
- ↑ ESA's new vision to study the invisible universe. ESA. Процитовано 29 November 2013.
- ↑ LISA: Laser Interferometer Space Antenna (PDF). LISA Consortium. 20 January 2017. Процитовано 14 January 2018.
- ↑ Europe selects grand gravity mission. BBC News. 20 June 2017.
- ↑ Gravitational wave mission selected, planet-hunting mission moves forward. 20 June 2017. Процитовано 20 June 2017.
- ↑ Capturing the ripples of spacetime: LISA gets go-ahead. ESA. European Space Agency. Процитовано 29 January 2024.
- ↑ eLISA: Science Context 2028. eLISA Consortium. Архів оригіналу за 21 October 2014. Процитовано 15 November 2013.
- ↑ Gravitational-Wave Detetectors Get Ready to Hunt for the Big Bang. Scientific American. 17 September 2013.
- ↑ See sect.
- ↑ See sect.
- ↑ See sect.
- ↑ See sect.
- ↑ See sect.
- ↑ Sean Carroll (6 квітня 2011 3:49 pm). NASA Gives Up on LISA. Cosmic Variance. Архів оригіналу за 16 листопада 2019. Процитовано 30.11.2015.
- ↑ а б Selected: The Gravitational Universe - ESA decided on next Large Mission Concepts. eLISA Gravitational Wave Observatory. 27 листопада 2013. Архів оригіналу за 03.12.2013. Процитовано 30.11.2015.(англ.)
- ↑ eLISA Partners & Contacts. eLISA Gravitational Wave Observatory. Архів оригіналу за 05.12.2013. Процитовано 30.11.2015.
- ↑ eLISA Mission: Key Features. eLISA Gravitational Wave Observatory. Архів оригіналу за 5 березня 2016.
| |||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||