 |
| LISA Pathfinder - Credit: esa.int |
Η ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων αποτελεί μια από τις βασικές σύγχρονες επιδιώξεις της επιστημονικής κοινότητας και προς την κατεύθυνση αυτή, στις 3/12/2015 η ESA πραγματοποίησε την εκτόξευση του LISA (Laser Interferometer Space Antenna) Pathfinder από το διαστημικό κέντρο Κούρου της Γουιάνα (Γαλλία).
Η σημασία της ανίχνευσης των βαρυτικών κυμάτων
Η ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων θα αποτελέσει επιτομή για την θεωρητική φυσική και την αστροφυσική, καθώς θα διαλευκάνει θεμελιώδη ανοιχτά ζητήματα και θα ανοίξει ορίζοντες για νέα. Πιο συγκεκριμένα, η πειραματική παρατήρηση των εν λόγω κυμάτων θα ενίσχυε ιδιαίτερα το γνωστικό μας υπόβαθρο γύρω από τη γενική σχετικότητα -η οποία και τα προέβλεψε-, ενώ θα επέτρεπε στους επιστήμονες να ανιχνεύσουν την επίδραση αστρονομικών γεγονότων που πιστεύεται πως προκαλούν μικροσκοπικές χωρικές παραμορφώσεις. Αξιοσημείωτο είναι επίσης το ζήτημα της φύσης των διπλά συστήματα μελανών οπών και των συγχωνεύσεών τους, ένα από τα ισχυρότερα φαινόμενα στο σύμπαν, την κατανόηση του οποίου θα ευνοούσε η επιτυχής ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων.
Η αποστολή LISA Pathfinder
Η αποστολή θα δοκιμάσει εν πτήση τις νέες τεχνολογίες που απαιτούνται για την ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων χαμηλής συχνότητας. Αφού θέσει δύο δοκιμαστικές μάζες σε (σχεδόν) τέλεια βαρυτική ελεύθερη πτώση, θα ελέγξει και θα μετρήσει την κίνησή τους με πρωτόγνωρη ακρίβεια. Προκειμένου να πετύχει τα παραπάνω, η πειραματική διάταξη περιλαμβάνει αισθητήρες αδράνειας, μετρητικό σύστημα laser, drag-free σύστημα ελέγχου (επεξήγηση στο παρακάτω βίντεο) και υπέρ ακριβές σύστημα μικρο-προώθησης. Σκοπός της αποστολής είναι να επιδείξει σε περιβάλλον διαστήματος και με μετρήσεις καλύτερες κατά τουλάχιστον 2 τάξεις μεγέθους από κάθε άλλη αποστολή, πως τα αντικείμενα που πραγματοποιούν ελεύθερη πτώση (για να γίνει πιο κατανοητό: τα αντικείμενα που είναι απαλλαγμένα από κάθε εξωτερική δύναμη προκειμένου να αναδειχτεί η επίδραση βαρυτικών κυμάτων σε αυτά), ακολουθούν τις γεωδαισιακές τροχιές (ή γραμμές) του χωροχρόνου - οι γεωδαισιακές τροχιές είναι ισοδύναμα των ευθειών γραμμών στον καμπύλο χώρο -.
*To βίντεο δεν αναφέρεται στη συγκεκριμένη αποστολή. Εξυπηρετεί στην επεξήγηση του drag-free συστήματος ελέγχου
Οι καινοτομίες της αποστολής του LISA Pathfinder
Το εγχείρημα της ESA είναι στη βάση του καινοτόμο, καθώς πρόκειται για το πρώτο πείραμα παρατήρησης του σύμπαντος από αυτή την οπτική. Οι ως τώρα παρατηρήσεις ήταν εστιασμένες στην ανίχνευση ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, είτε επρόκειτο για ορατή, υπέρυθρη, υπεριώδη, γ, Χ ή ραδιοκύματα. Το LISA χαράζει έναν εντελώς καινούριο δρόμο στην παρατήρηση. Την ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων.
Η αποστολή καθίσταται πρωταρχική αξιολόγηση των τεχνολογικών εφαρμογών (όργανα και hardware - αξιολόγηση αντοχής) που απαιτούνται για την ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων στο διάστημα, αφού οι τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται είναι νέες και επιπλέον μη εφαρμόσιμες σε γήινες συνθήκες. Η βαρύτητα και το περιβάλλον της Γης θα αλλοίωναν (υπό την έννοια της υπερκάλυψης) τα αποτελέσματα των μετρήσεων. Μόνο στο διάστημα είναι δυνατή η μέτρηση ανεπαίσθητων φαινομένων όπως τα χαμηλών συχνοτήτων βαρυτικά κύματα και μάλιστα μόνο με χρήση οργάνων εξαιρετικής ακρίβειας.
To LISA είναι ένα ακριβές αδρανειακό σύστημα αναφοράς, με το οποίο θα είναι δυνατή η μέτρηση της στρέβλωσης του χωροχρόνου με πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια σε σχέση με προσπάθειες του παρελθόντος. Θέτει έτσι τις βάσεις για μελλοντικά πειράματα γενικής σχετικότητας.
Είναι το πρώτο project της ESA όπου για την προώθηση, χρησιμοποιούνται micro-newton προωθητήρες. Το σύστημα προώθησης διαθέτει επίσης αισθητήρα αδράνειας και σύστημα ελέγχου. Ο αισθητήρας αδράνειας καταγράφει την κίνηση κύβου χρυσού-πλατίνας ακμής 46mm. Αν ο κύβος μετακινηθεί από την αρχική του θέση (θέση 0), αποστέλλεται σήμα στο σύστημα ελέγχου, το οποίο δίνει εντολή ενεργοποίησης στους προωθητήρες, οι οποίοι κεντράρουν την άκατο γύρω από τη δοκιμαστική μάζα (τον κύβο).
Το τεχνολογικό πακέτο του LISA, LTP (LISA Technology Package) διαθέτει άλλη μία αναβάθμιση. Ο αιθητήρας κίνησης LTP, έχει ευαισθησία της τάξεως του 1nm (1 εκατομμυριοστό του χιλιοστού). Η σχετική κίνηση των δύο δοκιμαστικών μαζών εντός του LTP μετράται χρήσει υπέρ ακριβούς συμβολομετρίας laser επιτυγχάνοντας την εξαιρετική ακρίβεια της τάξης του δισεκατομμυριοστού του χιλιοστού! (ή ισοδύναμα 1pm).
Το ταξίδι
Για την εκτόξευση χρησιμοποιήθηκε πύραυλος Vega για να τεθεί το LISA Pathfinder σε ελαφρώς ελλειπτική τροχιά στάθμευσης από όπου με χρήση του δικού του συστήματος προώθησης θα καταλήξει στην τροχιά λειτουργίας. Πρόκειται για δακτυλική τροχιά γύρω από το πρώτο σημείο Lagrange Ηλίου-Γης L1, 1.5 εκατομμύρια χιλιόμετρα από τη Γη. Η φάση λειτουργίας θα διαρκέσει 6 μήνες με δυνατότητα επέκτασης έως 1 έτος.
