激光干涉空間天線人類第一座太空中的引力波天文臺(tái)01意義探測(cè)結(jié)果工作布局重要性目錄030204基本信息激光干涉空間天線（LaserInterferometerSpaceAntenna，LISA）是一個(gè)由美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）和歐洲空間局（ESA）合作的引力波探測(cè)計(jì)劃，現(xiàn)仍在設(shè)計(jì)階段，計(jì)劃于2015年投入運(yùn)行，這將是人類第一座太空中的引力波天文臺(tái)。但2011-04-26，NASA和ESA官員稱，美歐擬于2015年發(fā)射的“激光干涉測(cè)量空間天線”（LISA）空間引力波聯(lián)合探測(cè)任務(wù)已被正式取消，原因是NASA經(jīng)費(fèi)吃緊，難以提供所需出資。意義意義激光干涉空間天線（LaserInterferometerSpaceAntenna，LISA）是一個(gè)由美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）和歐洲空間局（ESA）合作的引力波探測(cè)計(jì)劃，仍在設(shè)計(jì)階段，計(jì)劃于2015年投入運(yùn)行，這將是人類第一座太空中的引力波天文臺(tái)。LISA也是美國(guó)國(guó)家航空航天局的“超越愛(ài)因斯坦”（BeyondEinsteinprogram）項(xiàng)目的一部分?！俺綈?ài)因斯坦”是一組實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論理論的計(jì)劃，其中包含兩個(gè)空間天文臺(tái)（HTXS——X射線天文臺(tái)和LISA）和數(shù)個(gè)以宇宙學(xué)相關(guān)觀測(cè)為目的的探測(cè)器。LISA將利用激光干涉的方法精確測(cè)量信號(hào)相位，從而對(duì)于來(lái)自宇宙間遙遠(yuǎn)的引力波源的低頻且微弱的引力激光干涉空間天線波進(jìn)行探測(cè)。這將對(duì)引力波天文學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)研究，廣義相對(duì)論的一些實(shí)驗(yàn)觀測(cè)以及早期宇宙的天體物理學(xué)和宇宙學(xué)研究有重要意義。工作布局工作布局LISA由三個(gè)相同的航天器構(gòu)成為一個(gè)邊長(zhǎng)為五百萬(wàn)千米的等邊三角形，即每?jī)蓚€(gè)航天器之間的夾角為60°。LISA將采用的是與地球相同的日心軌道，并且LISA與太陽(yáng)的連線，和地球與太陽(yáng)的連線之間的夾角為20°，這種設(shè)計(jì)是為了盡可能減少地球引力造成的影響。LISA構(gòu)造示意圖，右上代表引力波源在每一個(gè)航天器上都有兩個(gè)完全相同的光學(xué)臺(tái)，包含有激光光源、光學(xué)分束器、光檢測(cè)器、光學(xué)鏡組等組成干涉儀的光學(xué)器件，以及一系列進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理的電子器件。由于每?jī)蓚€(gè)航天器之間的夾角為60°，每個(gè)航天器上的每一個(gè)光學(xué)臺(tái)都會(huì)和相鄰的航天器上的光學(xué)臺(tái)發(fā)生干涉，激光走完這段航天器間隔的距離需要約16秒。在每個(gè)干涉儀的后面安置有一個(gè)作為“測(cè)試質(zhì)量”的合金立方體（75%金和25%鉑），其中一個(gè)表面被打磨成光滑的平面鏡用來(lái)反射激光。理論上如果有引力波掃過(guò)測(cè)試質(zhì)量，其位置的微小改變會(huì)引起干涉信號(hào)，即激光相位的改變，從這種相位變化即可推導(dǎo)出觀測(cè)到的引力波的存在。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，這種測(cè)量精度要求測(cè)試質(zhì)量所處的環(huán)境高度穩(wěn)定，其位置能夠不受到外界光壓和太陽(yáng)風(fēng)粒子的影響；并且LISA的干涉測(cè)量系統(tǒng)也要高度靈敏，使得真正需要的引力波信號(hào)不至于淹沒(méi)在激光頻率噪聲等干擾的海洋中。探測(cè)結(jié)果探測(cè)結(jié)果引力波1915年愛(ài)因斯坦建立了廣義相對(duì)論理論，廣義相對(duì)論在理論上證明，平直時(shí)空的度規(guī)在微擾下應(yīng)用愛(ài)因斯坦場(chǎng)方程可導(dǎo)出時(shí)空微擾的度規(guī)以四維波的形式傳播。并且對(duì)一個(gè)具有四極矩的能量-動(dòng)量張量應(yīng)用愛(ài)因斯坦場(chǎng)方程將得到推遲勢(shì)的格林函數(shù)解，這和電磁學(xué)中的電磁波解是類似的。廣義相對(duì)論這些推導(dǎo)都從根本上預(yù)言了引力波的存在，這與十九世紀(jì)麥克斯韋應(yīng)用他的麥克斯韋方程組預(yù)言電磁波的存在十分相似。但與之不同的是，從電磁理論建立到赫茲從實(shí)驗(yàn)上觀測(cè)到電磁波只間隔了不到三十年的時(shí)間，而引力波從廣義相對(duì)論建立以來(lái)從未在實(shí)驗(yàn)上被直接觀測(cè)到，很重要的原因是與電磁相互作用相比引力相互作用強(qiáng)度十分微弱，而能產(chǎn)生較強(qiáng)的引力波的引力波源距地球都十分遙遠(yuǎn)，傳播到地球的應(yīng)力強(qiáng)度大約只有10這個(gè)量級(jí)左右，這相當(dāng)于在一百千米的長(zhǎng)度上引起0.01皮米長(zhǎng)度的變化，這種變化比原子核的直徑還要小。PSR1913+161975年普林斯頓大學(xué)的拉塞爾·赫斯（RusselHulse）和約瑟夫·泰勒（JosephTaylor）發(fā)現(xiàn)了一顆編號(hào)為PSR1913+16的脈沖星，這是一顆高速旋轉(zhuǎn)并放出方向性很強(qiáng)的無(wú)線電波的中子星。重要性重要性LISA探測(cè)的引力波波段范圍為3×10赫茲至10赫茲，在這個(gè)波段范圍內(nèi)，當(dāng)前基于地面觀測(cè)的引力波天文臺(tái)，例如美國(guó)的LIGO等探測(cè)器很大程度上受到地球上震動(dòng)噪聲的影響，很難達(dá)到所需要的探測(cè)靈敏度（地面引力波探測(cè)器由于干涉儀的臂長(zhǎng)受限，無(wú)法達(dá)到能夠探測(cè)低頻引力波的精度），因此將LISA置于太空中的原因即是能徹底消除地面震動(dòng)噪聲的干擾。引力波源包括：銀河系內(nèi)的雙星系統(tǒng)，以及河外星系中的極端質(zhì)量比例旋（EMRI，指兩個(gè)質(zhì)量相差懸殊的天體組成的自旋系統(tǒng)）和超大質(zhì)量黑洞的合并。LISA如能夠探測(cè)到這三類引力波源，其在3×10赫茲頻率上可探測(cè)的應(yīng)力靈敏度將達(dá)到10/√Hz。LISA也被寄希望于探測(cè)到大爆炸后早期宇宙的引力隨機(jī)背景（stochasticbackground）輻射，盡管這種引力波源還沒(méi)有被證實(shí)。探測(cè)器的發(fā)射歐洲成功發(fā)射“激光干涉儀空間天線探路者”探測(cè)器歐洲航天局(ESA)的"激光干涉儀空間天線探路者"(LISAPathf