科學家向“傾聽”萬有引力波邁近一步

　　美國國家航空航天局（NASA）噴氣推進實驗室（JPL）最近成功消除激光噪聲干擾，向“傾聽”萬有引力波邁近了一步。研究論文發表在最近出版的《物理評論快報》上。

　　萬有引力波是愛因斯坦20世紀初預測的存在于時空中的波痕，至今尚未被直接觀察到。NASA和歐洲太空署合作進行的一項空間任務計劃——激光干涉空間天線（LISA）的目標就是探測萬有引力波的細微信號。

　　LISA計劃使用3個分離航天器構成一個等邊大三角，彼此通過激光束連接，隨地球之后20度繞太陽飛行。每個航天器都攜帶一個金鉑合金的立方體，自由飄浮在太空。當萬有引力波通過航天器，將在兩個立方體之間產生大約1皮米（10-12米）的距離變化，而航天器間的距離為500萬公里，這就像在干草堆里找一個質子。

　　其測量的核心技術是干涉過程。LISA準備采用一種尖端的激光束探測儀——相位儀（phase meters）來探測激光，然后送到地面進行數據處理，這一過程稱為延時干涉測量。如果激光束之間的干涉圖形相同，則距離沒有相對變化，如果干涉圖形變了，則證明距離有了變化。就像海面的波紋，有時會互相結合變得更大，有時會抵消變小或消失。

　　“為了探測萬有引力波，必須作出極為精細的檢測，”JPL物理學家比爾·克里普斯坦說，“但激光束比我們要檢測的目標更吵，我們必須小心地清除這些噪音以獲得清晰的信號。這好比在暴風雨中傾聽一片羽毛落下的聲音。”

　　最近JPL研究小組模擬LISA系統，在激光中引入了隨機人造噪聲，通過一套數據處理，把相位儀探測時產生的噪音降低了10億倍,并在仿制的航天器上成功演示了皮米尺度的可見變化。

　　今年8月，LISA計劃獲得了2010年度國家研究委員會天文與天體物理學10年報告的重點推薦。如能獲選，將在2020年或之后發射。像黑洞和脈沖星這樣的大質量物體，它們的引力波如同音樂旋律遍及宇宙。人們期望LISA不僅“聽到”萬有引力波，還能了解更多有關其來源的信息。這次任務將能探測來自銀河系和遙遠星系的大質量物體的萬有引力波，幫助科學家理解宇宙中的這種全新語言。