科學家們長期以來一直夢想著發射一系列探測器進入太空，以探測引力波——這是阿爾伯特·愛因斯坦首先預測的時空漣漪，並且在本月初首次被觀測到。
這個夢想現在離現實更近了一步。研究人員正在進行一項耗資 4 億歐元（4.4 億美元）的任務，首次在太空中嘗試必要的技術——包括在自由落體的金屬立方體之間發射雷射——他們告訴《自然》雜誌，初步試執行的表現正如他們所希望的那樣好。
“我認為我們現在可以說這個原理已經奏效了，”LISA Pathfinder 任務的專案科學家保羅·麥克納馬拉說，該任務於 12 月發射。“我們相信我們現在處於一個良好的狀態，可以展望未來並著眼於下一代。”
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“一切都按照我們設計的執行。這有點神奇，而且作為實驗主義者，你很少在你的職業生涯中看到這種情況，”義大利特倫託大學的物理學家，Pathfinder 任務的首席研究員斯特凡諾·維塔萊說。
《自然》新聞，2016 年 2 月 25 日 doi:10.1038/nature.2016.19452
來源：ESA/ATG medialab
歐洲航天局為這次測試提供了資金，並希望最終發射一項價值 10 億歐元的任務來尋找引力波。這將是在三個航天器之間反射雷射，這些航天器相距數百萬公里。每個航天器都將包含一個測試質量（一個金屬立方體），該測試質量將處於自由落體狀態，不受除重力以外的任何力的影響。由於引力波會拉伸和壓縮時空，天文臺希望能夠透過使用雷射檢測自由落體立方體之間距離的微小變化來觀察經過的波。
由於其巨大的規模，基於太空的探測器可以探測到比地面實驗（例如美國先進雷射干涉引力波天文臺）更低頻率的引力波，該天文臺於 2 月 11 日宣佈首次成功探測。低頻波可以由科學家希望研究的更強大的事件觸發，例如星系和超大質量黑洞之間的碰撞。
Pathfinder 任務旨在表明——在小得多的規模上——基本設計是可行的，並繪製其侷限性。它使用兩個測試質量（每個都是 2 公斤的金和鉑立方體），它們相隔 38 釐米，使它們漂浮起來，隔離不受重力影響之外的一切，並測試它們相對運動的變化是否可以用皮米精度測量。為了使立方體保持自由落體狀態，航天器會監視它們的運動並使用微小的推進器使自身保持在質量的中心。
維塔萊說，在距離地球數百萬公里的地方進行如此複雜的實驗，意味著懷疑論者懷疑它是否能在太空中奏效。但自 2 月 23 日以來傳回的資料（當時 Pathfinder 開始使用雷射跟蹤其釋放的立方體）表明，它不僅滿足而且超過了要求，他說。目前，該團隊對儀器的效能究竟如何保密。
證明基本技術可行只是任務的第一步。Pathfinder 團隊將在未來幾個月內執行其主要科學目標，即瞭解系統中噪聲的來源。這些知識對於設計計劃於 2034 年發射的基於太空的引力波天文臺至關重要。“該任務的主要目標不是要測量我們做得有多好，而是要理解我們做得有多好，”麥克納馬拉說。
Pathfinder 的成功被認為是建造天文臺的先決條件，歐洲航天局於 2013 年同意為其提供資金。但在啟動如此雄心勃勃的實驗之前，科學家們還認為，引力波應該已經在地球上的探測器上被觀測到。“看起來這兩個條件都在同一個月內得到了滿足。所以這真的是我們的月份，”維塔萊補充道。
本文經許可轉載，並於2016 年 2 月 25 日首次發表。