歐空局科學計畫委員會批准了雷射干涉儀空間天線（LISA）任務，這是首次從太空探測和研究重力波的科學嘗試。這一重要步驟被稱為”通過”，意味著歐空局承認飛行任務的概念和技術足夠先進，並批准建造儀器和太空船。一旦選定歐洲工業承包商，這項工作將於2025 年1 月開始。

歐空局的雷射干涉儀空間天線（LISA）任務將是第一個專門用於偵測時空結構漣漪的天基觀測站。這些漣漪我們稱之為重力波，是在宇宙中一些最強大的事件中發出的，例如黑洞碰撞時。圖片來源：歐空局

LISA 不只是一個太空船，而是由三個太空船組成的星座。它們將在地球繞太陽運行的軌道上追蹤地球，在太空中形成一個精確的等邊三角形。三角形的每條邊將長達250 萬公里（是地月距離的六倍多），太空船將在這個距離上交換雷射光束。這三個太空船計畫於2035 年用阿麗亞娜6 號火箭發射。

在歐空局的領導下，歐空局、其成員國太空機構、美國國家航空暨太空總署（NASA）和一個國際科學家聯盟（LISA 聯盟）通力合作，使LISA 成為可能。

歐空局的LISA 任務將捕捉並研究時空結構中的漣漪。這些漣漪我們稱之為重力波，是在宇宙中一些最強大的事件中發出的。產生重力波的系統的一個例子是，一對黑洞繞著對方運行，並朝著碰撞的方向前進。它們巨大質量的加速度會震動時空結構並產生漣漪。圖片來源：ESA / ATG Medialab

就在一個多世紀前，愛因斯坦做出了革命性的預言：當大質量物體加速時，它們會震動時空結構，產生微小的漣漪，即重力波。由於現代技術的發展，我們現在能夠探測到這些最難以捉摸的訊號。

“LISA是一項前所未有的嘗試。地面儀器可以利用雷射光束在幾千米的距離內探測到來自恆星大小天體事件的引力波，如超新星爆炸或超高密度恆星和恆星質量黑洞的合併。”LISA計畫首席科學家諾拉-呂茨根多夫（Nora Lützgendorf）解釋：「要拓展重力研究的前沿領域，我們必須進入太空。由於雷射訊號在LISA 上傳播的距離非常遠，而且其儀器具有極高的穩定性，我們將探測比地球上更低頻率的引力波，揭示不同規模的事件，一直追溯到時間的黎明”。

重力波是大質量天體（如黑洞聚集和合併）的加速度在時空中產生的漣漪。空間中的不同物體會產生不同時間尺度的重力波，從幾毫秒到數十億年不等。其中有些波只能從太空中觀測到。圖片來源：歐空局

LISA 將在整個宇宙中探測星系中心的巨大黑洞碰撞時所產生的時空漣漪。這將使科學家能夠追溯這些畸形​​天體的起源，繪製它們如何成長為比太陽質量大數百萬倍的天體，並確定它們在星系演化過程中扮演的角色。

這項任務將捕捉到我們宇宙最初時刻預測的引力”響聲”，讓我們一窺宇宙大爆炸後的最初幾秒鐘。此外，由於重力波攜帶發射重力波的天體的距離訊息，LISA 將幫助研究人員用一種不同於歐幾里德和其他巡天所用技術的尺度來測量宇宙膨脹的變化，從而驗證他們的結果。

在我們銀河系的更近處，LISA 將探測到許多合併的緊湊天體對，如白矮星或中子星，讓我們對這些系統演變的最後階段有一個獨特的洞察力。透過精確定位它們的位置和距離，LISA 將在歐空局蓋亞任務發現的基礎上，進一步加深我們對銀河系結構的了解。

「幾個世紀以來，我們一直在透過捕捉光線來研究我們的宇宙。將其與重力波的探測結合起來，為我們對宇宙的感知帶來了一個全新的維度，」LISA 計畫科學家奧利佛-詹里奇（ Oliver Jennrich）說。

「想像一下，到目前為止，我們的天文物理學任務就像無聲電影一樣觀看宇宙，那麼用LISA 捕捉時空漣漪將真正改變遊戲規則，就像給電影添加聲音一樣」。

2015 年，LISA 探路者為即將到來的LISA 任務測試了重要技術。技術演示的核心是兩個固體金鉑合金立方體。每個立方體都是邊長為4.6 公分、重1.96 公斤的測試品質。圖為其中一個立方體。LISA 任務的三個太空船將各承載兩個這樣的試驗質量塊。它們是自由浮動的，裝在一個”電極外殼”內。當不同太空船中立方體之間的距離改變時，就能發現重力波。LISA 將透過在相鄰的一對太空船之間交換雷射光束來追蹤這些變化。資料來源：歐空局

為了探測重力波，LISA 將使用一對堅固的金鉑立方體–即所謂的測試質量（比魔術方塊略小），自由漂浮在每個太空船中心的特殊外殼中。重力波將引起不同太空船中質量塊之間距離的微小變化，該任務將使用雷射干涉測量法來追蹤這些變化。

這項技術需要將雷射光束從一個太空船射向另一個太空船，然後將它們的訊號疊加起來，以確定質量距離的變化，精度精確到數十億分之一毫米。

太空船的設計必須確保除了時空本身的幾何形狀之外沒有任何東西會影響處於自由落體狀態的質量運動。

該航天器是繼LISA 探路者號之後的另一個航天器，LISA 探路者號證明了有可能將自由落體中的試驗品質保持在驚人的精確水平上。與歐空局的蓋亞和歐幾里德任務相同的精密推進系統將確保每個太空船以最高的精度保持所需的位置和方向。

LISA 被選為歐空局”2015-2025 年宇宙願景”的第三個大型任務，它將加入歐空局的宇宙觀測器科學艦隊，以解決該計劃的兩個核心問題：宇宙的基本物理定律是什麼？宇宙是如何起源的？

在這項探索中，LISA 將與歐空局目前正在研究的另一項大型飛行任務合作：新雅典娜（NewAthena）。新雅典娜的發射日期預計為2037 年，它將成為有史以來最大的X 射線天文台。

歐空局領導LISA 任務，並將提供太空船、發射、任務運作和資料處理。關鍵的儀器元件包括：由義大利和瑞士提供的屏蔽外力的自由落體試驗品質；由德國、英國、法國、荷蘭、比利時、波蘭和捷克共和國提供的用於探測干涉訊號的皮米精度系統；以及由西班牙提供的科學診斷子系統（整個太空船的感測器庫）。超穩定雷射、用於收集其光線的30 公分望遠鏡以及紫外線光源（用於給測試塊放電）將由美國國家航空暨太空總署提供。

編譯來源：ScitechDaily