Érdekes trükkök a gravitációs hullámok befogásában

2016.02.22. 11:50

Az Európai Űrügynökség LISA küldetése a gravitációs hullámok jövőbeli, űrbéli detektálásához szükséges technológiákat készíti elő. A küldetés keretein belül első alkalommal igyekeznek új technológiákat tesztelni, amelyek további ablakokat nyithatnak a gravitációs hullámok vizsgálata terén a tudósok számára. Vajon milyen technológiai trükköket alkalmaznak a mérnökök a jövő gravitációs hullám detektoraiban? Helyzetjelentés a LISA küldetésről.

Tények a LISA küldetésről

A küldetés nevének magyar megfelelője a „Lézer Interferometriai Űrantenna”, amelynek az a célja, hogy a jövőbeli, űrben megvalósított gravitációs hullám detektáláshoz szükséges technológiákat tesztelje.

A LISA Patfinder szonda hordozóeszköze, földkörüli pályán,a szonda december eleji felbocsátását követően

Forrás: ESA

A teljes nevén LISA Pathfinder küldetés 2015. december 3-án startolt egy Vega hordozórakéta fedélzetén az Európai Űrügynökség Kourou űrbázisáról, Francia Guyanáról.

A felbocsátás után közel tíz hetes utazás várt a szondára, amíg elérte a kijelölt küldetési helyét a Föld és Napunk között található L1 Lagrange-pontban, azaz mintegy másfél millió km-re bolygónktól.

A LISA Pathfinder hordozórakétája úton a kozmoszba

Forrás: ESA

A küldetés tulajdonképpen az eLISA előkészítése, amelynek során a a tesztelt technológiákat felhasználva

az Európai Űrügynökség a gravitációs hullámok detektálásának lehetőségeit szeretné kiterjeszteni a tudóstársadalom számára.

Nézzük meg részleteiben is a tesztelni kívánt technológiát!

A legtisztább szabadesés

Arról már eddig is sok szó esett, hogy a gravitációs hullámok detektálásához lézernyalábokat használtak a LIGO projekt keretében a korszakalkotó felfedezéshez, amelyek egymásra merőlegesen tettek meg bizonyos hosszúságú utakat, és e távolságok megváltozása a gravitációs hullámok által felkorbácsolt téridő ingadozásoknak volt tulajdonítható.

A LISA Pathfinder szonda  kulcsfontosságú technológiai kísérletekbe kezd, március elsejétől

Forrás: ESA

A mérések kiterjesztéséhez (nagyon alacsony frekvenciájú gravitációs hullámok detektálásához)

jelentősen növelni kell a lézernyalábok által megtett utak hosszát.

Ezt a világűrben könnyedén megtehetjük, hiszen hatalmas a tér, de vajon technológiailag miért olyan nagy kihívás mindez? Az Európai Űrügynökség merész technológiai megközelítést választott a LISA küldetésben. Az űrszonda belsejében két darab különleges arany-platina kocka található, amelyek a szonda végső, L1-beli pozíciójának eléréséig a szondához vannak rögzítve.

A szonda belsejében lévő két arany-platina kocka, amelyek a mérési sorozat idején szabadesésben lesznek

Forrás: ESA

Azonban a végső pozíció elérése után a kockák rögzítését eloldják, amelyek elválnak a szondától. Tulajdonképpen

a szonda belsejében, a kockák számára kialakított térben a „legtisztább szabadesés” állapotába kerülnek,

ahogyan a LISA projekt vezető tudósa fogalmaz. A szabadesés közismerten a testek mozgása légüres, gravitációs térben.

A Pathfinder szonda elhagyja a hordozóeszközt

Forrás: ESA

A gravitációs hullámok detektálásához a mérőkarok végén tökéletes tehetetlenségi pályán mozgó testekre van szükség, amelyekre ható minden fékező erőt ki tudunk kompenzálni. A LISA szonda belsejében lévő tesztkockák „tiszta szabadesése” éppen ezt teszi lehetővé,

hiszen pozíciójuk elméletileg csupán a téridő zavaró hatására változhat meg,

vagyis az átutazó gravitációs hullámok következtében minden más erőhatás elhanyagolható (vagy kompenzálható).

Gravitációs hullámok

Forrás: ESA

A kockák egymáshoz viszonyított helyzetének mérését a jól ismert módszerrel, lézerek összetett rendszerével valósítják meg. Technológiai szempontból nézve ez hatalmas kihívás, hiszen a kockák a szonda belsejében találhatóak szabadesésben, miközben nem érintkezhetnek egyszer sem a szondával. A kockák élhosszúsága 46 mm, a szonda falától pedig alig pár mm-re vannak minden irányban!

A gravitációs hullámok léte már tudományos bizonyossággá vált

Forrás: NASA

Annak érdekében, hogy a kockák ne érintkezzenek a szonda falával (ne érje őket semmilyen behatás a gravitációs hullámokon kívül) a szonda minden elmozdulását elképesztő pontossággal kiegyensúlyozó, apró fúvókák rendszerére van szükség, amelyek nagyon pontosan megőrzik a mérések során a szonda helyzetét. A szondára ható, minden külső erőhatás kiegyensúlyozásához (ilyen például a Nap sugárnyomása) másodpercenként mintegy tízszer kell a fúvókákat nagy rövid időre aktiválni.

Sikeres első lépések

A szonda elérte az L1 pontot és a napokban kioldották a kockákat rögzítő mechanizmust, így megkezdődött a szabadesésük.

A legjobban ettől a manővertől tartottak a mérnökök,

hiszen a földi laboratóriumi körülmények között ez a mechanizmus nem volt teljes egészében tesztelhető sohasem. A szonda március 1-én kezdi meg a tudományos küldetését.

Az Európai Űrügynökség (ESA) szakemberei a jelenlegi kísérletsorozat eredményei alapján tervezi meg az űrbéli, a gravitációs hullámokat kutató obszervatóriumot

Forrás: Picasa

Ez a technológia a gravitációs hullámok detektálására, és a földi körülmények között megvalósíthatatlan mérésekre ad majd lehetőséget.

A tesztkockák sikeres kioldása a legfontosabb, első lépés volt a küldetés során,

amely lehetővé teszi, hogy bizonyítsák a technológia működését. Ez pedig alapvető előfeltétele az Európai Űrügynökség által tervezett, jövőbeli, űrbe telepítendő gravitációs hullámok detektálására alkalmas obszervatóriumnak.

(Zábori Balázs asztrofizikus, az MTA kutatójának összeállítása)

KAPCSOLÓDÓ CIKKEK

 

 

 

Most
Top 12 óra