Lisa Pathfinder – europejska sonda, która zbada fale grawitacyjne

Sonda Lisa Pathfinder będąca dziełem Amerykańskiej i Europejskiej Agencji Kosmicznej po ponad 10 latach budowy znalazła się w przestrzeni kosmicznej. Wyniesiona 3 grudnia 2015 roku na pokładzie rakiety Vega zmierza już w kierunku punktu L1 między Ziemią a Słońcem. Półtora miliona kilometrów od Ziemi będzie testować niesamowitą aparaturę, dzięki której naukowcy mają nadzieję odkryć i przebadać fale grawitacyjne.

Wizualizacja sondy Lisa Pathfinder. Credit: ESA

Wizualizacja sondy Lisa Pathfinder. Credit: ESA

Fale grawitacyjne to mikroskopijne fluktuacje w czasoprzestrzeni, które przewidział w Ogólnej Teorii Względności z 1915 roku Albert Einstein. Według naukowca owe zmarszczki w czasoprzestrzeni powinny objawiać się w przypadku bardzo masywnych ciał poddanych dużemu przyspieszeniu. Niestety jak do tej pory nie udało się obserwacyjnie udowodnić istnienia fal grawitacyjnych. Dla zobrazowania tego, jak trudno wykryć efekt ich działania często podaje się przykład pary orbitujących czarnych dziur, których oddziaływania rozciągnęłyby długą na milion kilometrów linijkę o mniej niż średnicę atomu. Umieszczenie w kosmosie urządzenia, które mogłoby rozpoznawać fale grawitacyjne, jest nieuniknione – na Ziemi nawet najdrobniejsze drgania zaburzyłyby jakiekolwiek pomiary.

Lisa Pathfinder podczas integracji z rakietą nośną Vega. Credit: ESA

Lisa Pathfinder podczas integracji z rakietą nośną Vega. Credit: ESA

Lisa Pathfinder to kosmiczne laboratorium fizyczne, którego głównym zadaniem jest przetestowanie nowoczesnych technologii do odkrycia i późniejszego badania fal grawitacyjnych. Naukowcy mają nadzieję, że dzięki tej misji uda się skonstruować o wiele bardziej zaawansowane i znacznie bardziej czułe detektory tego rodzaju zjawisk. Być może pozwolą one spojrzeć na Wszechświat w sposób, jakiego jeszcze nigdy nie mieliśmy okazji doświadczyć.

Zasada, na jakiej opiera się działanie głównego urządzenia na pokładzie sondy nie jest skomplikowana. Nazywa się ono LISA Technology Package (LTP) i składa się z laserowych dalmierzy (mierników odległości) o wyjątkowej czułości oraz umieszczonych wewnątrz dwóch identycznych sześcianów o boku 46 mm zbudowanych ze stopu złota i platyny. Dwie miniaturowe kostki będą oddzielone od siebie o 38 cm i pozostaną w permanentnym stanie nieważkości nie stykając się ze strukturą sondy. Podczas tego najmniej zaburzonego spadku swobodnego, jaki kiedykolwiek udało się wytworzyć, wzajemna pozycja sześcianów będzie monitorowana z ogromną dokładnością rzędu 1 pikometra, umożliwiając zweryfikowanie pomysłu na przyszłe kosmiczne obserwatorium fal grawitacyjnych.

Punkt L1, który został wybrany jako docelowe miejsce, wokół którego po orbicie Lissajous będzie krążyć sonda Lisa Pathfinder, to punkt, gdzie równoważą się oddziaływania grawitacyjne Ziemi i Słońca. Jest stosunkowo odległe od masywnych ciał Układu Słonecznego, których oddziaływania mogłyby zaburzyć pomiary i pozwala na nieprzerwaną komunikację przy ciągłym naświetleniu promieniami słonecznymi. Lisa Pathfinder dotrze tam w połowie lutego i po kilku tygodniach testów rozpocznie planowane na pół roku pomiary.

Schemat manewrów orbitalnych, jakie musi wykonać sonda Lisa Pathfinder. Credit: ESA

Schemat manewrów orbitalnych, jakie musi wykonać sonda Lisa Pathfinder. Credit: ESA

Sonda, mimo że nie będzie miała fizycznego kontaktu z dwoma sześcianami, weźmie aktywny udział w eksperymencie. Jest wyposażona w układ mikrosilników napędzanych schłodzonym gazem podobnych do zastosowanych w obserwatorium kosmicznym Gaia. Pozwolą one na niezwykle dokładne manewrowanie sondą w celu zabezpieczenia dwóch małych mas przed jakimikolwiek zakłóceniami.

Lisa Pathfinder to pionierska misja najcichszego obserwatorium kosmicznego w historii. Naukowcy mają nadzieję, że pomoże zweryfikować, a być może również zrewolucjonizować, współczesną fizykę. Będą to pierwsze tak dokładne pomiary wykonane za pomocą interferometrii laserowej i pierwsza próba tak precyzyjnego sterowania układem kilku obiektów na orbicie. Te i inne kluczowe technologie związane z misją Lisa Pathfinder zdeterminują przyszłość dużej części obserwacji kosmicznych, a tym samym nasze rozumienie zjawisk zachodzących we Wszechświecie.