Один парень изучал физику и пытался опровергнуть выводы Теории Относительности. Он даже пытался опубликовать свои изыскания в престижном журнале Physical Review Letters. Его заслуженно отбрили рецензенты и развернул редактор журнала - статья была ошибочной. И хорошо, потому что было бы, мягко говоря, неловко. Этим парнем был Альберт Эйнштейн.
И правда, история открытия гравитационных волн полна любопытных поворотов. Сам Эйнштейн открыл волны, а потом отказался от своего открытия (а потом снова поменял точку зрения). Целых 50 лет после этого они считались математическим артефактом, пока Фейнман не представил очень важный аргумент в пользу их существования. Несколько лет шла битва лучших умов в споре за правильность аргумента, после чего начали придумывать способы их наблюдать. Волны уже были "наблюдены" в 60х экспериментально, и статья об открытии наделала много шума. Однако никто не смог подтвердить открытия, и их пришлось "закрыть", трагедия для Вебера - автора работ. Понадобилось еще 40 лет и множество усилий, чтобы построить детекторы, которые таки смогут их наблюдать. Спустя сто лет, в 2015 году, мы в LIGO зарегистрировали первый сигнал. За прошедшие пять лет количество событий перевалило за 90, и мы видели и слияния черных дыр, и нейтронных звезд, и пар нейтронной звезды и черной дыры.
К сожалению, детекторы LIGO-Virgo-Kagra могут наблюдать только определенные события - разнообразные шумы очень мешают наблюдениям. В ближайшие годы начнется строительство нового подземного детектора Einstein Telescope, который значительно увеличит количество наблюдаемых событий (их будет так много, что в любой момент времени мы будем видеть несколько сигналов одновременно). Но и он не сможет наблюдать низкочастотные сигналы: виной тому сейсмическая активность Земли. Выход тут один: отправиться в космос. Именно это и планируется в космическом детекторе LISA. О нем я сегодня и расскажу.
А если вы хотите больше узнать про историю открытия гравитационных волн - горячо рекомендую вот эту статью.
Немного про детекторы гравитационных волн
Если вы знаете, как работают детекторы, смело пропускайте эту часть.
Общая теория относительности говорит нам о том, что гравитация - это на самом деле искривление пространства-времени. Тела движутся в этом искривленном пространстве времени по кратчайшему расстоянию. Для нас это выглядит как искривление траектории, как на картинке ниже. Искривление пространства-времени приводит к изменению расстояний между объектами.
Любая масса и энергия (!) искривляют пространство-время, так что не только массивные тела притягивают к себе, но и просто энергия (например, свет) - тоже.
Гравитационные волны (ГВ) - малые возмущения [метрики] пространства-времени. Они возникают при несимметричном движении массивных тел, например, при слиянии двух черных дыр. Эти возмущения распространяются от источника со скоростью света, ненадолго изменяя локальную кривизну. Как мы выяснили выше, кривизна определяет расстояния между объектами. То есть, гравитационные волны меняют относительно расстояние между двумя телами: “сжимает" или "расширяет" его.
Гравитационно-волновой детектор создан так, что он позволяет измерить это изменение расстояний с помощью лазеров. В простейшем варианте детектор является интерферометром Майкельсона, где плечи детектора сбалансированы так, что за счет конструктивной интерференции весь свет отражается в сторону источника, а второй выход делителя луча за счет деструктивной интерференции остается темным.
Когда ГВ достигают детектора, они растягивают одно плечо и сжимают другое, что изменяет интерференционную картинку на выходе интерферометра и позволяет зарегистрировать сигнал.
В прошлой статье я объяснял, что ГВ детектор - не линейка, а часы, т.е. измеряет относительную задержку света в двух плечах, вызванную гравитационной волной. Также я показал, что относительное изменение фазы света при изменении метрики на h_0 зависит от длины детектора L:
Мощность света на фотодиоде пропорциональна этой фазе, что объясняет, почему детекторы делаются такими длинными (4км LIGO, 10км Einstein Telescope): это позволяет увеличить чувствительность.
Сложности в детекторах
Итак, казалось бы: чем длиннее длина плеча, тем больше чувствительность. Давайте строить детекторы длиннее, в чем проблема?
Проблемы две:
На Земле сложно построить прямую линию с длиной больше пары десятков км: Земля, к сожалению, шарик. Поэтому в будущем детекторе Cosmic Explorer в США с длиной 40км придется спрямлять кривизну планеты, срезая землю на несколько метров. Дорого и сложно. 40км - это примерно предел того, что мы можем сделать.
Чем длиннее детектор, тем меньше максимальная частота сигнала, которую он может поймать. И на Земле это ставит крест на длинных детекторах: на низких частотах ниже 1Гц земля непрерывно трясется: землятресения, извержения вулканов, морской прибой, человеческая активность и т.д. Это мешает даже нынешним детекторам, а будущий Einstein Telescope так вообще засунут на 300м под землю, чтобы спрятать от тряски. Но и этого недостаточно: для изоляции от движения земли используют длинные подвесы по 10-17м. И все это позволит измерять частоты только выше 5Гц.
А на частотах ниже 1Гц, надо сказать, есть куча интересных и важных сигналов:
Те же слияния нейтронных звезд или черных дыр можно видеть за месяцы до самого слияния (так как по мере сближения частота ГВ растет, но изначально они вращаются с очень низкой частотой.
Слияния сверхмассивных черных дыр в центрах галактик
Слияния сверхмассивных черных дыр с массами в десятки тысяч солнечной
Слияния двойных систем с большой разницой в массах (например, 10000 и 20 солнечной).
Гравитационно-волновой фон
и кто знает что еще попадется!
Кстати, почитать в деталях про разные источнике можно в этом путеводителе по гравитационным волнам.
Решение: летим в космос!
Решение этих проблем “простое”: давайте построим такой же детектор, но в космосе. Там можно сделать любую длину плеча и измерять сигналы очень низких частот. При этом никакие людишки не будут врезаться в детектор, разъезжая по пустоши по пьяни (true story), а птицы не будут долбиться в вакуумные трубы, изображая сигнал (тоже true story).
Итак, прошу любить и жаловать: LISA (Laser Interferometer Space Antenna).
Детектор будет состоять из трех спутников, которые будут лететь в треугольной конфигурации по орбите Земли вокруг Солнца. Лазерные лучи будут распространяться от одного спутника к другому, так что каждая пара лучей будет формировать один интерферометр (в сумме получится три).
Главная фишка: длина плеча интерферометра (т.е. расстояние между спутниками) будет 2.5 миллиона км. Для сравнения, расстояние от Земли до Луны составляет около 380 тысяч км.
Такая длина плеча позволит регистрировать гравитационные волны с частотами между 10мкГц до 10мГц.
Но, как вы можете представить, с таким подходом возникает куча других проблем. Давайте разбираться.
Основной принцип работы LISA
Помните, что гравитационные волны меняют расстояния между объектами? Так вот, LISA сможет регистрировать изменения в длине плеча в 50 раз меньше размера атома. Повторю: изменения в длине 2.5 млн. км. на 1/50 размера атома. Как это вообще возможно?!
Если вы читали прошлые мои статьи, вы уже знаете ответ: измеряется изменение длины, а не сама длина. Изменение длины приводит к задержке во времени полета фотона, и вот эту задержку мы вполне можем измерять с огромной точностью: в этом суть работы интерферометра. Но как же, скажете вы, неужели спутники можно позиционировать с такой точностью? А как насчет локальных шумов, пылинок, флуктуации самого материала, в конце концов? Вот в этом и состоит основная сложность.
Самое важное: измеряются расстояния между тестовыми массами, которые летают в свободном полете по орбите. Тестовые массы — небольшие золотые кубики. Они помещены внутрь спутника в специальную емкость, но не касаются его и летят в инерциальном полете. Спутник корректирует свою орбиту так, чтобы поддерживать расстояние до кубиков. Лазерный луч отправляется с одного спутника на другой, отражается там от кубика и возвращается обратно, интерферируя с другим лучом, измеряя задержку.
Орбита спутников может быть непостоянной: они могут смещаться под действием внешних сил и возмущений. Это происходит очень медленно, и они слегка меняют орбиты кубиков через электростатическое воздействие. Спутники непрерывно измеряют расстояние между друг другом (с точностью до см с помощью обычных методов ранжирования) и учитывают это при создании воздействия на кубик (чтобы быть уверенными, что это не гравитационные волны). Таким образом, интерферометры всегда видят изменение длины на очень низких частотах, а гравитационные волны выглядят как модуляция этих сигналов.
Дьявол в деталях
Кажется, что описанное выше очень сложно? Hold my beer. Из этой части статьи вы выйдете с убеждением, что это невозможно.
Лазерный луч — не луч в прямом смысле слова. Конечно, когда вы берете лазерную указку, вам кажется, что лазерный луч — это по сути прямая. Но если вы игрались с ними, светя
соседям в окнана деревья где-нибудь вдалеке, вы видели, что маленькое пятнышко лазера на выходе из указки становится довольно большим на расстоянии. Это фундаментальное свойство света: чем дальше (от фокуса, где его диаметр минимален) распространяется луч, тем шире он становится. Скажем, ваша лазерная указка на расстоянии в 1м будет диаметром в 1мм, 100м — 2 см, 10км — 2м, а на расстоянии2.5млн километров — около 500км. Напоминаю, что размер кубика: несколько см. Несложно посчитать, что на кубик попадет около 1/25000000000000 от света, излученного вашей указкой. Если указка мощностью в 1мВт, то до кубика будет долетать всего около сотни фотонов в секунду. А им же еще надо отразиться и пролететь такое же расстояние обратно: в итоге, вы потеряете весь свет.
Для этого есть два решения: увеличить мощность лазера (в LISA они 1Вт) и увеличить изначальный размер луча. Чем больше луч в начале пути, тем меньше его расходимость. Например, если сделать начальный диаметр луча не 1мм, а 1м, расстояние на спутнике будет уже "всего” 5км. Но этого уже достаточно, чтобы получить несколько пиковатт на дальнем кубике. Именно так и делается в LISA: диаметр луча, выходящего из спутника, специально делается достаточно большим, чтобы до другого спутника долетало достаточно света. Ура?
Стоп, скажут самые внимательные из вас. До кубика долетает несколько пиковатт, но ведь свету надо отразиться и еще долететь обратно?! Что-то тут не сходится.
И будут совершенно правы. Дело в том, что я вас немного обманул, когда сравнивал работу LISA с обычным интерферометром. На самом деле, свет не отсылается обратно после отражения от кубика. Вместо этого он совмещается с локальным лазерным лучом.
Пошагово: лазерный луч разделяется на две части на спутнике. Одна часть отражается от кубика и посылается на другой спутник, а вторая часть интерферирует с лучом от другого лазера, пришедшим от другого спутника (тоже предварительно отразившись от кубика). Таким образом два луча оказываются “связаны” друг с другом через локальную интерференцию. Сигнал же о гравитационной волне оказывается “закодирован” в луче, который отражается от двух кубиков. В LIGO мы могли видеть сигнал буквально глазами на выходе из фотодетектора
В LISA так не получится: сигналы придется извлекать из анализа данных.
Важный момент тут в том, что в отличие от LIGO тут нет интерферометра Майкельсона с двумя длинными плечами, а есть интерферометры с одним очень длинным и одним очень коротким. Целиком интерферометры выглядят так:
Представляете? Вот это все должно работать где-то далеко в космосе, еще и ловить гравитационные волны. А что если одно зеркальцо немного сдвинется? В LIGO луч света постоянно корректируется, что бы компенсировать небольшие подвижки зеркал. А как тут быть?
Примерно так. Вся оптическая установка состоит из монолитного стекла, к которому стеклянным клеем приклеены зеркала. Они собираются в чистых комнатах, где все ходят в костюмах защиты и нет ни пылинки, с помощью специальной системы позиционирования, которая ставит зеркала на места с огромной точностью. В результате получается практически монолитная конструкцая, так что зеркала относительно друг друга не смещаются. Я раньше работал в лабораториях, где создают эти оптические установки — сложность и продуманность процесса поражают.
Но что это я, я же обещал убедить вас, что это невозможно, а рассказываю про обратное. Давайте обсуждать сложности дальше.
Лазерный шум
В обычных интерферометрах типа LIGO роль двух длинных (и равных по длине) плечей заключается не только (и не столько) в детектировании сигнала. Для этого было бы достаточно и одного плеча. Два плеча нужны, чтобы компенсировать флуктуации частоты лазера.
Дело в том, что частота (длина волны) любого, даже самого стабильного лазера слегка меняется — это называется частотным шумом. Кому-то это может быть более знакомо как ширина полосы лазера. Это фундаментальный эффект, связанный с генерацией света (и в конечном итоге квантовый).
Так вот этот шум даже в лучших лазерах на много-много-много порядков выше любого сигнала, который мы хотим регистрировать. Но на наше счастье в интерферометрах от этого шума можно избавиться, если уравнять длину двух плечей. Как это работает? Выберем небольшой “кусочек” световой волны, которая слегка изменила частоту. Она делится на две на делителе луча, две части этого кусочка проходят одинаковый путь в плечах и возвращаются к центральному делителю луча. Там они деструктивно интерферируют и никакой шум не просачивается к нашему фотодетектору.
А теперь представьте, что одно плечо гораздо меньше другого. Наш кусочек делится на два, но потом один проходит совсем небольшой путь и возвращается к делителю луча гораздо раньше, чем второй. Ему не с чем деструктивно интерферировать и он вылезает прямо на фотодиод, полностью перекрывая все гравитационные волны.
Что же делать? На помощь приходит хитрый анализ данных, когда создается виртуальный интерферометр с двумя длинными плечами. Это называется time delay interferometry, и подробное объяснение этого, пожалуй, слишком сложно для данной статьи. Желающие могут погрузиться в тему в этой или этой статье.
Главное, что такой подход позволяет снизить эффект лазерного шума на много порядков, но требует сложного анализа данных.
Шумы
Не только гравитационные волны изменяют расстояние между кубиками, но и множество шумов из разных источников, которые либо физически меняют расстояние, либо маскируются под такое изменение. Я перечислю несколько самых важных:
Шумы измерения: всевозможные шумы, связанные с процессом измерения: это и лазерные шумы, и электронные шумы фотодиодов и дробовой шум.
Тепловые шумы: несмотря на то, что спутник находится в космосе, все элементы слегка колеблются под действием броуновского движения молекул в материале. Такой тепловой шум возникает на кубиках, на зеркалах и прочих поверхностях.
Шум актюаторов: помните, что кубики поддерживаются на постоянном расстоянии от внутренностей спутника? Элетрическое поле, которое используется для это, слегка флуктуирует, что приводит к дополнительным силам на кубик.
Шум двигателей: положение спутников необходимо постоянно корректировать, иначе они разлетятся или отвернутся друг от друга и никакого треугольника не получится. Для этого реактивные двигатели постоянно поддерживают нужную ориентацию. Конечно, тяга двигателей непостоянна и приводит к флуктуациям в положении спутников.
Остаточный газ: в космосе хоть и вакуум, но немного частиц разных газов могут быть. Эти частицы сталкиваются с кубиками и толкают их.
Система наводки: чтобы поддерживать ориентацию спутников, используется специальная система наводки. Она тоже не идеальна, что приводит к погрешностям.
Каждый из этих шумов требует оптимизации и специального дизайна.
Конечно, это только фундаментальные сложности, есть еще куча чисто технических: питание и топливо, изоляция от внешних воздействий, обработка данных…
Не знаю, как вам, но мне всегда этот проект казался чисто фантастическим: мы с трудом на Земле-то детектируем грав волны, а тут надо запустить это в космос! Но фантастика иногда становится реальностью.
LISA Pathfinder
В 2015 году был запущен спутник LISA Pathfinder — прототип полноценного LISA.
Цель проекта была в тестировании процесса измерения. Внутрь спутника было помещено два кубика (которые точно так же, как в LISA) летали “внутри” отдельных камер. По сути, там был такой же интерферометр, как в LISA, только внутри одного спутника.
Спутник был запущен в точку Лагранжа, где он провисел около года, проверяя надежность работы систем. Основными целями были:
Проверка работы интерферометра с тестовыми массами
Управление спутником без создания дополнительных сил на кубики
Проверка технологий на прочность (сможет ли работать лазер в космосе? — сможет!)
Со всем этим миссия справилась не просто отлично, а превзошла все ожидания. Посмотрите на график чувствительности (т.е. минимальной силы, которую может зарегистрировать детектор, ограниченный разными шумами на разных частотах):
Это феноменальный успех доказал возможность работы LISA и открыл им двери ко всему финансированию на свете.
Что будет дальше?
После успеха Pathfinder Европейское космическое агентство полностью спонсировало проект LISA. Сейчас он вовсю готовится: запуск запланирован в 2035 году. Сама миссия рассчитана на 4 года (и если повезет, то до 8 лет, в зависимости от износа компонентов и траты топлива). В случае успеха нас ждет огромное количество данных, которые надо будет как-то обработать. Самая большая проблема в этом заключается в наложении разных источников друг на друга. LISA будет видеть сразу все: и слияния галактик и сверхмассивных черных дыр, и стохастический фон гравитационных волн, и слияния компактных объектов, причем по множеству одновременно. Ученым придется придумать, как их разделять и как получать нужные параметры из этих наблюдений. Хорошо, что есть еще больше десяти лет, чтобы как следует этому научиться.
А как насчет других космических детекторов?
Но может возникнуть законный вопрос: LISA будет ловить волны с частотой до 1мГц максимум, а минимальная частота для LIGO/ET — порядка нескольких Гц. А как насчет окна между 1мГц - 1Гц? Там же тоже должно быть полно интересных источников?
Действительно, и тут на помощь могут прийти снова космические детекторы, но с меньшим размером плеча. Тут есть два лидирующих проекта: китайский TianQin и японский DECIGO.
TianQin — по сути копия LISA, только с меньшей длиной плеча (около 100.000 км), и летать он будет на орбите Земли.
DECIGO чуть интереснее: там длина плеча всего 1000км, он тоже летает на орбите Земли, и там используются настоящий интерферометр не только с длинными плечами, но и с оптическими резонаторами в плечах, прямо как в LIGO.
Пока эти проекты находятся в ранней стадии разработки (хотя TianQin развивается бешеными темпами — китайцы, наверное, хотят обогнать LISA).
Что получится — неизвестно, но середина 30х явно будет бумом детекторов гравитационных волн: на Земле запустят Einstein Telescope и Cosmic Explorer, в космосе полетят LISA и, возможно, TianQin. Сколько всего мы сможем узнать о Вселенной — голова идет кругом от возможностей! Осталось дождаться…
Для желающих, другие мои материалы по гравитационным волнам:
Следить за моими научными приключениями можно в канале "Гомеостатическая Вселенная", где я пишу про интересные штуки о Вселенной, квантовой физике и жизни ученого вообще.
Комментарии (60)
NeoCode
21.04.2024 17:35Да, это очень интересный проект! Мне кажется что в гравитационном спектре скрывается немало тайн и загадок Вселенной:)
А возможно ли в перспективе создание "антенной решетки" из таких интерферометров, чтобы не просто регистрировать события, а именно видеть гравитацию, как матрица фотокамеры видит электомагнитное излучение?
Shkaff Автор
21.04.2024 17:35Думаю, точно так же вряд ли: все же детекторы регистрируют изменение в гравитации, а не саму гравитацию. Но антенные решетки — вполне можно делать. Скажем, есть предложения для следующих миссий, где на орбите вокруг Солнца летает сразу несколько таких детекторов.
vanxant
21.04.2024 17:35+7Эх, лизе бы четвёртый спутник, на полярной солнечной орбите, чтобы сформировать тетраэдр и иметь возможность определять координаты событий... Но 60 км/с дельты-вэ это, к сожалению, далеко за гранью современных возможностей(
NeoCode
21.04.2024 17:35Я про тетраэдр давно предлагал здесь на Хабре в комментариях к какой-то статье, мне ответили что так нельзя из-за особенностей орбиты. Хотя это первое что приходит в голову - начать с тетраэдра, и дальше наращивать такую трехмерную структуру в космосе, постепенно добавляя новые спутники.
not-allowed-here
21.04.2024 17:35+2ядерный реактор и ионный двигатель - нет ничего невозможного есть мало политической воли и желания...
vanxant
21.04.2024 17:35Единственная страна в мире, которая умела делать работающие космические реакторы, больше 30 лет не существует.
Я больше поверю в хитрые гравитационные манёвры об Юпитер. Долго, конечно, десяток лет, но более-менее реально.
ogost
21.04.2024 17:35Стало интересно, заглянул в вики. В 60х США испытывали SNAP, проработал 43 дня. сейчас разрабатывают некий Kilopower, с расчётным сроком службы в 12-15 лет.
В СССР активно разрабатывали и использовали космические реакторы, если судить по вики, то самый успешный (по сроку работы) был "Топаз", отработал 11 месяцев при расчётном ресурсе в 1 год.
Мне конечно с дивана плохо видно, но наверняка относительно небольшой срок службы реакторов в космосе связан со сложностью отвода тепла. Интересно что такого намутили американцы, что у них прям 15 лет?
ksbes
21.04.2024 17:35Kilopower - он же не орбитальный, вроде бы. И опять-таки только опыт - критерий истины. Говорить-то могут что угодно, реально он никуда не летал и, даже, не работал вроде бы.
С реакторами на орбите основная проблема - необслуживаемость. При том, что "классический" реактор - это очень-очень сложная механическая и тепловая техника с очень многими точками отказа. Причём критические отказы там из серии "вибрация в подшипнике возросла на 0.5%".Сейчас есть такое направление в разработке, которое очень подходит под орбитальное использование - "одноразовые реакторы". Т.е. один раз сделали, 10-15-20 лет отработал и прям целиком как есть нераспечатывая - на захоронение. Но до рабочих экземпляров вроде пока ещё не дошли.
ogost
21.04.2024 17:35Судя по вики Kilopower предназначен для использования в дальнем космосе, где солнечного света недостаточно для панелей. Летать-то он не летал, но испытания уже проходил, где-то в пустыне.
vanxant
21.04.2024 17:35Сложность отвода тепла - безусловно, но вообще срок жизни, НЯЗ, ограничивает механика. Именно поэтому на советских реакторах стояли термоэлектрические преобразователи с КПД хуже, чем у паровоза, вместо нормальных турбомашинных генераторов. Но есть ещё контуры охлаждения, где любой микрометеорит и привет.
All999
21.04.2024 17:35На Вояджере реактор уже полвека на ходу. Там уже, наверно, решето от микрометеоритов. Ну ладно, не совсем реактор, но работает. Если подобрать другие изотопы, можно снять большую мощность, но с меньшим ресурсом.
vanxant
21.04.2024 17:35В вояджере совсем не реактор, там просто кусок плутония, который греется сам по себе.
Shkaff Автор
21.04.2024 17:35+2В целом и так могут определять: спутники же летят, плюс весь треугольник вращается по мере полета вокруг Солнца. Большая часть событий происходят достаточно медленно, так что можно набрать достаточно информации для позиционирования.
vanxant
21.04.2024 17:35Так ведь по оси. перпендикулярной эклиптике, у нас получается плохо обусловленное, а в пределе и вырожденное уравнение. Если сигнал придёт примерно со стороны полярной звезды, например.
Shkaff Автор
21.04.2024 17:35+2Плоскость LISA наклонена относительно эклиптики, так что в целом она покрывает все небо по идее.
vanxant
21.04.2024 17:35Ах вот оно что! Спасибо за картинку! Я как-то по-другому это представлял.
Ну в любом случае три точки всегда лежат в одной плоскости, поэтому всегда будет какое-то "плохое" направление. Пусть и прецессируюещее примерно на градус в сутки.
Тогда хорошо было бы сделать два комплекта и посадить их в точки L4 и L5:) Чтобы между ними был угол ~120'
Shkaff Автор
21.04.2024 17:35+1Да, это как раз одна из идей для следующего поколения детекторов! Пока слишком дорого и так получается...
All999
21.04.2024 17:35+1Его заслуженно отбрили рецензенты и развернул редактор журнала - статья была ошибочной. И хорошо, потому что было бы, мягко говоря, неловко. Этим парнем был Альберт Эйнштейн.
Интересно бы провести эксперимент, солидный ученый пишет толковую статью под псевдонимом, опубликуют?
Сама миссия рассчитана на 4 года (и если повезет, то до 8 лет, в зависимости от износа компонентов и траты топлива).
Чего так мало? Спутник стоит очень дорого, можно бы купить ракету побольше, чтобы поднять побольше топлива, тогда хватит на подольше, а по цене незначительно дороже. Хаббл уже треть века летает, и всё ещё чего-то наблюдает, и это в обычном оптическом диапазоне, на который и на Земле телескопов немеряно, уже и Уэбб запустили, который лучше, а Хаббл всё ещё используют. А тут уникальный аппарат под неведомый диапазон - и через полдесятка лет на выброс. Если диапазон окажется действительно интересным, а этот телескоп не совсем удачным (как Хаббл до первого ремонта), можно запустить второй, модернизированный, а при работе в паре они смогут получить эффект интерферометра с длинной базой, точно определяя координаты события для предварительного наведения других телескопов. При слиянии черных дыр, скорей всего, ничего не будет, а от нейтронных звёзд, особенно магнитных, должен получиться интересный всплеск в радиодиапазоне, который с земли даёт наиболее точные координаты для донаведения оптики.
coctic
21.04.2024 17:35+1Интересно бы провести эксперимент, солидный ученый пишет толковую статью под псевдонимом, опубликуют?
Есть немало журналов, где двойное слепое рецензирование, и рецензенты не знают авторов. И как-то все равно "толковые" публикуются в лучших журналах по сравнению с менее "толковыми".
Korova-ugnetatel
21.04.2024 17:35+1Есть нюанс: статью все равно заливают с неанонимного аккаунта.
И когда одна и та же статья заливается в высокорейтинговый журнал с аккаунта условного Андрея Гейма, и та же самая статья заливается с аккаунта безызвестного Вовы - в первом случае редактор ГОРАЗДО быстрее и внимательнее рассмотрит рукопись.
Мы так делаем для подачи в американские журналы :)
coctic
21.04.2024 17:35Полностью согласен, но все-таки то, кто и на какой части пути статьи от подачи до публикации или отклонения какую информацию об авторах видит - тонкости следующего порядка. Я хотел сказать, что в каком-то смысле предложенный эксперимент (статьи от топовых ученых анонимно) регулярно проводится.
Tyusha
21.04.2024 17:35+3Во-первых, аккаунт видит только редактор, а рецензент всё получает уже от редактора.
Во-вторых, когда мне присылают на рецензию статью в моей области (а другие и не присылают), я примерно в половине случаев могу понять, кто автор, вернее, какая это научная группа, и откуда она.
ogost
21.04.2024 17:35Интересно бы провести эксперимент, солидный ученый пишет толковую статью под псевдонимом, опубликуют?
Наверное получится как у Чарли Чаплина: (по слухам) он учавствовал конкурсе двойников Чарли Чаплина и проиграл.
Shkaff Автор
21.04.2024 17:35Чего так мало? Спутник стоит очень дорого, можно бы купить ракету
побольше, чтобы поднять побольше топлива, тогда хватит на подольше, а по
цене незначительно дороже.Тут дело не только в количестве топлива, но и в деградации всех систем под потоками высокоэнергетических частиц. Тот же JSWT тоже рассчитан типа на 5 лет (а дальше как повезет).
All999
21.04.2024 17:35Если Хабблу и Вояджеру везёт, в чём проблема с лизой? Условия эксплуатации абсолютно одинаковые, Вояджер даже не чинили ни разу. Если бы Хаббл с первого раза собрали правильно, и заправили побольше, его и чинить не пришлось бы.
Shkaff Автор
21.04.2024 17:35Проблема с лизой в гораздо большем количестве электроники на борту, которая не поддается простой дубликации. Например, такие банальные вещи как энергия (а там, на минуточку, только лазер по 1Вт стоит), будут заканчиваться по мере ухудшения солнечных батарей под действием космических частиц и пыли.
knstqq
21.04.2024 17:35+11вт излучения лазера - скорее всего потребляет сам лазер ватт 100, а может и больше. КПД не слишком высокий + высокие требования к качеству сигнала
NightShad0w
21.04.2024 17:35+1Почему при прохождении гравитационной волны, влекущей изменение метрики пространства-времени, электромагнитная волна не меняется вместе с метрикой?
Волна же в этом же пространстве-времени находится, значит сжатия-растяжения на нее влияют как на саму метрику. Откуда возникает сдвиг фаз?
ksbes
21.04.2024 17:35+1Из-за того что на пути туда и на пути обратно влияние - разное. Мыслите в четырёх измерениях!
Shkaff Автор
21.04.2024 17:35+1Как я писал в статье, я делал подробный разбор того, как так получается. Смотрите тут.
Format-X22
21.04.2024 17:35+1Интересно, можно ли на этом построить генератор, пусть и очень слабый, но как замена ритегу для проектов типа Вояджера, например? Сжатие-разжатие есть, возможно можно с этого снять хоть какую-то энергию.
8street
21.04.2024 17:35А вот мне интересно, можно ли использовать такой генератор в качестве передатчика. Писатели фантасты уже такой придумали и используют.
Shkaff Автор
21.04.2024 17:35Можно, но сила такого сигнала будет настолько мала, что его будет невозможно детектировать вообще. Гравитация вообще очень слабая сила. В целом, детектор грав волн излучает грав волны тоже, так что работает как раз таким "передатчиком".
not-allowed-here
21.04.2024 17:35ну надо посмотреть что там ниже Зепто ваттов - примерно вот такие порядки мощности.... хотя может для "медленных" наноструктур макро масштаба....
Shkaff Автор
21.04.2024 17:35Конечно, грав детектор и есть такой "генератор": он переводит энергию грав волны в энергию в световом луче, иначе не получилось бы детектировать ГВ. Просто она насколько мала, что это не имеет никакого смысла.
Ellarihan
21.04.2024 17:35А вот тут проблема гораздо фундаментальнее. Грав.волны в ОТО требуют энергию для своего создания, но не могут её переносить согласно всё той-же ОТО. Глобально энергия сохраняется, но как это математически описать локально пока не придумали.
Shkaff Автор
21.04.2024 17:35но не могут её переносить согласно всё той-же ОТО.
Как же не могут, могут и переносят.
vanxant
21.04.2024 17:35+2В смысле не могут? Всё они отлично переносят - и энергию, и импульс, и момент импульса.
Там есть математические трудности с локализацией энергии гравполя в целом, а с волнами гравполя всё хорошо.
LinkToOS
21.04.2024 17:35Те же слияния нейтронных звезд или черных дыр можно видеть за месяцы до самого слияния (так как по мере сближения частота ГВ растет, но изначально они вращаются с очень низкой частотой.
Слияния сверхмассивных черных дыр в центрах галактикНе можно ничего подобного увидеть, так как на таком огромном расстоянии эти объекты можно рассматривать как один источник гравитационного притяжения. "Угловое разрешение" у гравископа очень плохое.
Гравитационный перепад на таком расстоянии будет заметен только если две значительных массы аннигилируют, и источник гравитации внезапно исчезнет.
LIGO должен "видеть" вращение спутников Марса, тогда уж.
Атомные часы, по идее, должны быть чувствительны к колебаниям гравитации.Shkaff Автор
21.04.2024 17:35Не можно ничего подобного увидеть, так как на таком огромном расстоянии
эти объекты можно рассматривать как один источник гравитационного
притяжения. "Угловое разрешение" у гравископа очень плохое.Не понимаю, к чему вы. Когда я говорю "видеть", я не имею в виду получать картинку как на фотоаппарате. Получать сигнал на детекторе. С этим нет никаких проблем.
Гравитационный перепад на таком расстоянии будет заметен только если две
значительных массы аннигилируют, и источник гравитации внезапно
исчезнет.Это очень голословное утверждение. Мы измеряем не гравитацию, а гравитационные волны — а они излучаются постоянно, для этого не нужно никакой аннигиляции.
LIGO должен "видеть" вращение спутников Марса, тогда уж.
Нет, почему? От них сигнал гораздо-гораздо слабее (да и частоты не те).
Атомные часы, по идее, должны быть чувствительны к колебаниям гравитации.
Это верно, есть концепции по использованию атомных часов для детектирования гравитационных волн.
LinkToOS
21.04.2024 17:35Не понимаю, к чему вы. Когда я говорю "видеть", я не имею в виду получать картинку как на фотоаппарате.
Гравископ как минимум определяет направление на источник. А следовательно в режиме сканирования может строить "гравитационное изображение" неба.
Это очень голословное утверждение. Мы измеряем не гравитацию, а гравитационные волны
Измерить можно только силу гравитации, и изменение этой силы. То есть ее усиление/ослабление в определенном направлении. "Волна" это чисто условное название.
Пара черных дыр на большом расстоянии от наблюдателя это как один источник гравитации. Вектор силы притяжения меняется незначительно, и эти колебания нельзя зафиксировать с помощью LIGO.гравитационные волны — а они излучаются постоянно
Вы не путаете "кванты гравитации" и "волны гравитации"?
для этого не нужно никакой аннигиляции
Гравиволна не образуется при слиянии объектов, если слияние не сопровождается уничтожением массы.
От них сигнал гораздо-гораздо слабее (да и частоты не те).
Не слабее. Частоты вполне подходящие. LIGO должна наблюдать Луну, планеты Солнечной системы и их спутники.
И недавнее солнечное затмение тоже должна была наблюдать. Это отличные примеры для демонстрации работоспособности LIGO, от которых нельзя отказаться. А раз отказались, значит LIGO не работает.Это верно, есть концепции по использованию атомных часов для детектирования гравитационных волн.
Должны быть результаты на атомных часах. И пока их нет, заявление об обнаружении гравиволн остается крайне сомнительным.
Shkaff Автор
21.04.2024 17:35+3Понятно, у нас еще один фрик сорта "LIGO ничего не детектирует". Ну я отвечу для истории, конечно, но исключительно для читателей.
Измерить можно только силу гравитации, и изменение этой силы.
Нет, детекторы измеряют кривизну пространства-времени и ее изменение.
"Волна" это чисто условное название.
Это физическое явление.
Вектор силы притяжения меняется незначительно, и эти колебания нельзя зафиксировать с помощью LIGO.
Потому что мы регистрируем не изменение силы притяжение, а испущенные гравитационные волны.
Вы не путаете "кванты гравитации" и "волны гравитации"?
А вы?
Гравиволна не образуется при слиянии объектов, если слияние не сопровождается уничтожением массы.
Гравволна излучается постоянно при любом движении с переменным ускорением. Грав волны излучаются задолго до слияния объектов и это многажды доказано.
Не слабее.
Слабее, или приводите расчет.
Частоты вполне подходящие. LIGO должна наблюдать Луну, планеты Солнечной системы и их спутники.
Нет, LIGO не видит ничего ниже 10 Гц.
nixtonixto
21.04.2024 17:35+1А как они собрались измерять расстояния между спутниками для коррекции орбиты? С помощью лазерного дальномера? Но ведь его сигнал подвержен влиянию этих самых гравитационных волн, которые спутники должны измерять.
not-allowed-here
21.04.2024 17:35там точность позиционирования не так важна ибо второе плечо виртуальное и фиксированное.... плюс влияние флуктуации луча существенно меньше точности измерения дальности, т.е. фактически не заметно.... да и сам период существования флуктуации много меньше периода измерения дальности.....
Shkaff Автор
21.04.2024 17:35Второе плечо не совсем виртуальное: оба плеча — реальные, только они не взаимодействуют друг с другом напрямую, только в пост-обработке.
Тут важно действительно то, что эти процессы происходят на разных временных промежутках (сигналы сильно быстрее движения спутников).
sved
21.04.2024 17:35Космические инструменты круты, они позволяют проникнуть в глубины мироздания и раскрывают тайны нашего прошлого и будущего.
Как жаль, что вместо по-настоящему полезных инструментов политиканы перенаправляют деньги в пилотируемую космонавтику, которая исчерпала себя как с научной, так и с концептуальной точки зрения десятки лет назад.
На деньги, потраченные на МКС, можно запустить десятки детекторов LISA, крутых космических телескопов и пробурить поверхность Европы.
Вместо познания Вселенной мы вбухиваем деньги в сомнительные исследования о возможности игры в тенис в невесомости.
Наука, в целом, развивается, но общество деградирует.
Exolife
21.04.2024 17:35+1Если реализуют LISA, то полученный опыт и технологии, как мне кажется, дадут огромный толчок и к созданию оптических космических телескопов - интерферометров, позволяющих получить многопиксельные изображения экзопланет в видимом/инфракрасном диапозонах. И кто знает, что мы там увидим. Или кого)
Belkogoth
21.04.2024 17:35+1Интересно, а если сия итерация лисы будет "видеть" все события сразу, можно, а изучает он волны, то не применимы ли к гравитационным волнам ие же приемы, что и с обычными радиоволнами? Ну, к примеру, в случае успеха первой миссии, запустить еще две, и методом триангуляции хотя бы определять направления источников. Фильтрация, и так далее...
Shkaff Автор
21.04.2024 17:35+1Вообще, LISA уже позволит определять направления на события: во-первых, за счет нескольких детекторов в одном, а во-вторых из-за движения вокруг Солнца.
Но в целом, вы правы, таков план: новые миссии собираются делать с несколькими детекторами (ну точнее планируют их).
Belkogoth
21.04.2024 17:35Ну да, логично) Что-то забыл, что "лиса" если лететь будет вместе с Землей на достаточно огромной скорости, так что она сама по себе может вычислять направление) Да и даже если бы на месте относительно Земли была - тоже. ибо система-то наша тоже не стоит на месте.
Oxoron
Где-то тут закралось противоречие.
И не вполне понятно, как электрическое поле помогает держать кубик нетронутым. Он же золотой, ему на электрику и электромагнетик фиолетово.
Сам проект завораживает, да.
Shkaff Автор
С деталями тут сложно, но я так понимаю, электрическое поле используется в двух ипостасях: в первую очередь для емкостного измерения расстояния до кубиков, но и для корректировки орбиты (при необходимости).
Там сплав золота и платины какой-то, так что работает как-то.
not-allowed-here
интересно как они собираются "зарядить" кубик(но я бы просто засунул в него бета источник) - а так тут принцип в том что они создают систему полей которые вывешивает кубик в центре системы из электродов на эффекте отталкивания...
по сути после выхода спутника на стабильную орбиту кубик запускается из "крепления" в свободный полет и за счет Электростатического отталкивания зарядов ориентируется нужным образом внутри системы Электродов... кубик это по сути спутник внутри спутника...
ksbes
Если кубик хоть как-то, хоть чем-то взаимодействует с родительским спутником - то он уже не "свободно падающий" и вся конструкция является единым спутником.
Электростатический подвес здесь только для фильтрации шумов, по сути.
tlv
Просто система управления спутника будет принимать решения, когда тестовую массу можно оставить в свободном падении и эксперимент будет идти, а когда - корректировать и её орбиту тоже, и в этот момент эксперимент поставить на паузу. Разделение по времени.