LISA 運作意想圖 Credit: AEI/Milde Marketing/Exozet

太空競賽:歐洲太空總署宣佈 2034 年發射三衛星探測重力波

歐洲太空總署 (ESA) 周一於馬德里宣佈,重啟探測重力波的激光干涉太空天線 (Laser Interferometer Space Antenna, LISA) 計劃, LISA 亦會是 ESA 未來其中一個旗艦級任務。

學者將會觀察三個各自相距 250 萬公里的衛星互相反射激光,在激光中尋找微小擾動,期望能捕捉如巨大黑洞合併造成的時空扭曲。

本月初,美國地面的激光干涉重力波天文台 (LIGO) 第三次錄得重力波,該重力波是由距逾 30 億光年兩個黑洞合併所產生,其質量分別為太陽的 31 和 19 倍。不過,將衛星送入太空或有助天文學家在可觀測宇宙邊緣,發現質量數以百萬倍大的重力波源頭。計劃相信亦會促進我們對重力的理解,甚至找出愛因斯坦的廣義相對論中的一些瑕疵。

ESA 科學總監 Alvaro Giménez Cañete 指我們不知道計劃會有什麼發現,但將會令人類更細心看到重力與量子物理學之間的界線。

現時最大問題是, ESA 要弄清其他太空機構及合作夥伴的關係為何。 LISA 曾是 ESA 及美國太空總署 (NASA) 的聯合計劃,但 2011 年美國因經費問題退出計劃。 ESA 則在此後繼續計劃研究,去年甚至公開示範當中一些關鍵技術。不過, LIGO 一再確認重力波存在,令 NASA 非常希望能夠重新與 ESA 合作。

ESA 因為此前 LISA 計劃變動,將所有國際性合作的資助降低至 20% ,以避免再有其他機構退出,造成計劃成本過高而無法繼續實行。 Giménez 指如果增加資金能使任務更加可行時, ESA 會靈活處理財政問題。

即使合併的黑洞有異常大的質量,它們所產生的時空變形 (spacetime deformation) 波紋卻非常微弱。故此,探測到重力波是驚人創舉。

LISA 衛星中的激光干涉儀需要對空間被拉扯與壓縮時有極高敏感度,要檢測到幾皮米 (picometre) 的分別,1 皮米相當於 1 米的一萬億分之一,而在此前的測試中已確認 ESA 擁有相關的測量技術;另外, LISA 三個衛星會形成一個等邊三角形,每邊都是地球與月球距離的六倍以上。

ESA 科學計劃委員會在周二也正式決定落實名為 PLATO 的行星狩獵望遠鏡計劃。計劃在 2014 年首次提出,但礙於計劃批文需要大量時間審核,到現在才被通過, PLATO 預期會於 2026 年實行。

LISA 將會於 2034 年發射。 Giménez 指即使我們擁有世界上所有的研究資金,也不會過早發射。因為這關乎技術準備問題, ESA 需要時間來確保這複雜任務 100% 成功,而 2030 年將是 ESA 發射最早的可行年份。

來源:
BBC, Europe selects grand gravity mission, 20 June 2017
ESA, Gravitational wave mission selected, planet hunting mission moves forward, 20 June 2017

文/Alan Chiu 、審核/TC Chow

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