歐洲的引力波探測者們正在慶祝。7月1日，一顆衛星將結束其任務，該任務旨在測試在寂靜太空中測量引力波紋的開創性探索技術。在過去一年中，該探測器的表現遠超許多人的預期。這一成功說服了歐洲航天局（ESA）批准啟動一個完整規模的版本，該版本能夠感知地球上無法感知的災難性事件。
LISA探路者任務，於2015年末發射，其精度目標超出預期1000倍，並讓那些懷疑其潛力的人們沉默，荷蘭諾德韋克歐洲航天局的天體物理學家，專案科學家保羅·麥克納馬拉說。“這不是一些人認為的不可能完成的任務。”
目前計劃於2034年發射，全尺寸的雷射干涉儀空間天線（LISA）將是雷射干涉引力波天文臺（LIGO）的空間模擬裝置，LIGO是美國的兩臺機器——每臺都有一對4公里長的臂——它們透過“聽到”兩個黑洞的合併首次探測到引力波紋。LISA的三個探測器將以三角形飛行，彼此相隔數百萬公里，使該任務能夠探測到更長的引力波，例如更大黑洞碰撞產生的波紋。
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該任務將在三個LISA探測器之間，或者更準確地說，是在每個衛星內部真空懸浮的測試質量之間，反射雷射束。利用太空無振動的條件，它將測量測試質量之間距離的微小變化，這些變化揭示了扭曲空間的引力波的透過。
致謝：Nature，2017年6月27日， doi:10.1038/546583a; 圖片：ATG medialab ESA
LISA探路者的目標是證明這種變化可以在零重力下以一皮米（即十億分之一毫米）的精度進行測量。高精度推進器調整了探路者的路線，使其能夠緊密跟隨探測器內部兩個測試質量的引力自由落體，並且不干擾它們的軌道。與此同時，探測器在兩個質量——一對由金鉑合金製成的2公斤立方體——之間反射雷射束，並測量它們之間分離的波動。
耗資4億歐元（4.47億美元）的探測器在LIGO宣佈首次探測後的兩週，於2016年2月被宣佈獲得成功。探路者沒有探測到引力波——引力波在探測器內部的短距離內不會產生明顯影響——但它表明它可以探測到比皮米要求小100倍的運動。從那時起，該實驗的效能又提高了一個數量級（M. Armano et al. Phys. Rev. Lett. 118,171101; 2017）。
到今年六月初，LISA探路者號的推進器燃料幾乎耗盡，任務控制中心使用剩餘燃料將航天器從其執行軌道推到其圍繞太陽的最終軌道。7月1日，探路者號將停止收集資料，航天器將於7月18日永久休眠。
探路者號是“一次巨大的成功”，美國宇航局噴氣推進實驗室位於加利福尼亞州帕薩迪納的物理學家威廉·克利普斯坦說，他從事LISA的開發工作，但沒有參與歐洲航天局的探路者任務。他說，它的效能“消除了繼續進行一項長期計劃的歐洲航天局主導的引力波任務的最後一個主要技術障礙”。
在6月20日的一致決定中，歐洲航天局的科學計劃委員會正式選擇LISA作為該機構當前科學計劃中第三個大型或10億歐元級的任務。德國漢諾威馬克斯·普朗克引力物理研究所主任兼探路者號的聯合首席研究員卡斯滕·丹茲曼說，這項批准是期待已久的，但在探路者號的成功和LIGO的引力波發現之後，幾乎沒有疑問。
該決定不是最終決定，但這意味著工業合作伙伴現在將參與詳細的設計和成本預測。一旦這些完成，歐洲航天局將決定是否“採納”該任務並承諾提供資金來建造它。美國——在2011年之前一直是該任務的平等合作伙伴，當時為了節省成本而減少了參與——預計將提供重要的元件。
歐洲航天局已選擇在LISA之前推進另外兩個大型任務——一個是在2022年發射到木星衛星的任務，另一個是2028年的X射線天文臺。這使得LISA計劃在2034年發射。但是探路者號首席研究員，義大利特倫託大學的物理學家斯特凡諾·維塔萊和其他人希望它的時間表可以加快。歐洲航天局領導引力波天文臺的提案徵集——由維塔萊的團隊贏得——是在2016年末而不是該機構計劃的2019年末釋出的。維塔萊和其他引力波研究人員希望該機構將發射日期提前，以便LISA能夠在過多的當前關鍵研究人員退休之前開始發回資料。
本文經許可轉載，並於 2017年6月27日首次釋出。