美国国家航空航天局在欧洲领导的太空引力波天文台上进行合作

小乖欢颜僮

由ESA（欧洲航天局）领导、美国国家航空航天局参与的LISA（激光干涉仪空间天线）任务将使用三个航天器探测太空中的引力波，这三个航天器以三角形编队飞行，相距超过100万英里。在这幅艺术家的概念图中，卫星之间发射的激光将测量引力波如何改变它们的相对距离。图像：AEI/MM/Exozet

（）据美国宇航局（弗朗西斯·雷迪）：首个用于探测引力波的天基天文台已经通过了一项重要审查，并将着手建造飞行硬件。1月25日，ESA（欧洲航天局）宣布正式将激光干涉仪空间天线LISA纳入其任务阵容，计划于2030年代中期发射。欧空局领导这项任务，美国国家航空航天局是合作伙伴。

“2015年，位于地面的LIGO天文台打开了引力波的窗口，引力波是席卷时空和宇宙结构的扰动，”美国国家航空航天局总部天体物理部门主任马克·克兰平说。“LISA将给我们一幅全景图，使我们能够观察银河系内外的各种光源。我们很自豪能成为这一国际努力的一部分，为探索宇宙的秘密开辟新的途径。”

美国国家航空航天局将提供LISA仪器套件的几个关键组件以及科学和工程支持。美国国家航空航天局的贡献包括激光、望远镜和减少电磁电荷干扰的设备。LISA将使用该设备测量由引力波引起的数百万英里太空中的精确距离变化。欧空局将提供航天器，并在任务的开发和运行期间监督国际小组。

一个多世纪前，阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论预言了引力波。它们是由加速质量产生的，例如一对轨道运行的黑洞。由于这些波消除了轨道能量，物体之间的距离在数百万年内逐渐缩小，它们最终合并。

直到2015年，由美国国家科学基金会资助的激光干涉引力波天文台LIGO测量到两个黑洞合并产生的引力波时，这些太空结构中的涟漪才被发现。这一发现推进了一个被称为“多信使天文学”的新科学领域，在该领域中，引力波可以与其他宇宙“信使”——光和粒子——结合使用，以新的方式观察宇宙。

与其他地面设施一起，LIGO已经观察到数十个黑洞合并，以及中子星和中子星-黑洞系统的合并。到目前为止，通过引力波探测到的黑洞相对较小，质量是我们太阳的几十倍甚至一百倍。但科学家认为，在宇宙年轻时，质量大得多的黑洞合并很常见，只有太空天文台才能对它们发出的引力波敏感。

“LISA旨在感知地球上的仪器无法探测的低频引力波，”该机构位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心的美国国家航空航天局研究科学家艾拉·索普说。“这些来源包括我们银河系中数万个小型双星系统，以及早期宇宙中星系碰撞时合并的大质量黑洞。”



来自我们银河系中致密双星系统模拟种群的引力波被用来构建整个天空的合成地图。这类系统在紧密的轨道上包含白矮星、中子星或黑洞。一旦LISA任务在未来十年内启动，像这样使用真实数据的地图将成为可能。我们银河系的中心位于这张全天影像的中心，银河平面在中间延伸。较亮的点表示重力信号较强的来源，较亮的颜色表示频率较高的来源。较大的彩色斑块显示位置不太为人所知的来源。图像：美国国家航空航天局戈达德航天中心

LISA将由三艘航天器组成一个巨大的三角形编队飞行，跟随地球绕太阳运行。三角形的每条边都延伸160万英里（250万公里）。该航天器将跟踪仅受重力影响的内部测试质量。与此同时，他们将连续发射激光，在小于氦原子大小的范围内测量它们的分离。来自宇宙各处的引力波将在三角形臂的长度上产生振荡，LISA将捕捉到这些变化。

欧空局的LISA探路者任务在太空中成功展示了基本的测量技术，该任务在2015年至2017年期间运行，美国国家航空航天局也参与其中。该航天器展示了LISA所需的精密控制和精确的激光测量。