Научно-популярно о космосе и астрономии

Предыдущий пост Поделиться Следующий пост
Большая улыбка от маленьких фемтометров: LISA Pathfinder превзошла ожидания
lozga
01.jpg
Фемтометр - это 10-15 метра. Для наглядности, диаметр протона составляет примерно 1,7 фемтометра. 10-14 м/с2 - это одна миллионная от одной миллиардной ускорения свободного падения на Земле. И именно такую точность, минимум в пять раз выше изначально запланированной, показал технологический демонстратор гравитационного телескопа LISA Pathfinder.

Небольшое введение


02.jpg

LISA Pathfinder - это аппарат для проверки возможности очень точного измерения гравитационного воздействия на тестовые массы - два кубика из сплава золота и платины, висящие в пространстве. На кубики, в идеале действует только искривление пространства-времени гравитацией. Зонд вместе со всем оборудованием висит в космосе, не касаясь кубиков, компенсируя двигателями малой тяги давление солнечного ветра и прочие возмущения. Положение кубиков очень точно измеряет специальный лазерный интерферометр. Более подробно конструкция зонда с картинками описана тут.

Планы и результаты



03.jpg

Этот график показывает чувствительность в зависимости от частоты. Аналогия со звуком вполне корректна - сталкивающиеся объекты разной массы будут гравитационно "звучать" на разных частотах, какие-то выше, какие-то ниже. LPF Requirements - расчетные значения чувствительности для LISA Patfinder. LISA Requirements - требования к будущему гравитационному детектору LISA из трех зондов. Линия - одна миллионная от одной миллиардной ускорения свободного падения на Земле.

Уже первое включение 1 марта 2016 года вызвало большие и широкие улыбки на лицах ученых - LISA Pathfinder превзошла по чувствительности расчетные параметры!

04.jpg

В течение месяца зонд настраивали, убирая очевидные технические помехи, и чувствительность стала еще лучше, на высоких частотах оказавшись выше, чем это требуется для полноценного детектора:

05.jpg

Интересно, что за прошедшее время ученые и инженеры поняли источники помех, и оказалось, что, в зависимости от частоты, они вызваны тремя причинами:

06.jpg

В левой части, на низких частотах, мешает сама конструкция аппарата. Работают двигатели, электроника, даже от звездных датчиков, которые фактически являются цифровыми фотоаппаратами без тяжелых движущихся частей, все равно идет шум.
В средней части шум возникает от врезающихся в кубики отдельных молекул. Несмотря на то, что емкость с кубиками открыта в вакуум и давление там практически равно нулю, отдельные молекулы воздуха с Земли еще не успели вылететь наружу, и мешают наблюдениям. К счастью, со временем их остается все меньше, и в этом диапазоне частот точность повышается сама собой:

07.jpg
Красная линия - чувствительнось в мае, она лучше, чем синяя линия апреля

Ну и, наконец, в верхней части шум возникает от интерферометра - в реальности кубики не двигаются, но прибор показывает фантомное движение из-за собственного шума.

С такой точностью детектор LISA сможет увидеть гравитационные события, происходящие за миллиарды световых лет:

08.jpg

Желтая линия на графике - это падение маленькой черной дыры в большую на расстоянии 3 миллиарда световых лет. А столкновение двух галактик с черными дырами в центре LISA сможет увидеть за 12 миллиардов световых лет. Это близко к Большому взрыву. И если благодаря телескопу Хаббл мы можем видеть очень далекие древние галактики, то гравитационная астрономия позволит заглянуть даже в то время, когда Вселенная была непрозрачной (первое время после Большого взрыва вещество во Вселенной было настолько близким друг к другу, что фотоны не могли далеко улететь).

09.jpg
Расчетное столкновение галактик должно быть гораздо "громче", чем чувствительность LISA

Пара интересных фактов


В начале июня ученые из проекта LISA Pathfinder отвечали на вопросы на Reddit, и из тех диалогов мы узнали еще несколько интересных вещей.

Прежде всего, "железо" проекта работает прекрасно, до сих пор работает первый комплект двигателей (на зонде два комплекта).

Давление солнечного ветра на LISA Patfinder составляет 28 микроньютонов.

Причина помехи, дающей пик в правой части графика пока не установлена, но ученые подозревают интерференцию от оборудования. Со временем они хотят собрать телеметрию на другой частоте, чтобы установить точную причину и устранить ее.

Будущее


Несмотря на огромный успех LISA Pathfinder и желание, чтобы гравитационный телескоп всматривался в тайны Вселенной уже сейчас, не стоит забывать, что полноценный детектор из трех аппаратов должен появиться только в 2034 году, а, учитывая постоянное смещение по срокам сложных технических проектов, скорее всего и того позже. Несмотря на успех приборов по измерению гравитационного воздействия еще не все технологии, требуемые для LISA, созданы. Например, мы (человечество) пока не умеем связывать три зонда на расстоянии несколько миллионов километров друг от друга лазерными лучами, чтобы очень точно измерять расстояние и передавать данные.

Источники


Материал создан по следующим источникам:

  1. Официальный пресс-релиз ЕКА

  2. Видеозапись пресс-конференции создателей LISA Pathfinder

  3. AMA ученых проекта на Reddit



attentioneer.jpg


Записи из этого журнала по тегу «астрономия»


промо lozga ноябрь 4, 2014 17:00
Разместить за 20 жетонов
Привет! Добро пожаловать в блог, посвященный популяризации космонавтики, астрономии, и, шире, науки и прогресса человечества. Если вы зашли ко мне впервые, рекомендую почитать длинные серии постов по тегам: Серия "Незаметные сложности космической техники". Рассказы о том, как и почему ракеты и…

  • 1
слабое давление солнца. Как люди на этом летать в космосе планировали...

А тут небольшой аппарат же. На солнечный парус (если вы об этом) давление будет побольше. Плюс, оно постоянное и бесплатное. Поэтому солнечные паруса вполне могут использоваться.

всё-равно слишком слабо получается. я почему-то думал, что побольше давление.

да нормальное:)
у меня на окне дома стояла крыльчатка в вакууме, так какждое утро будила раскручиваясь и позвякивая о стекло

Ну такую крыльчатку нам еще в школе показывали, и это не давление света, как потом выяснилось :-)

у меня тоже школьная, не давление, а что тогда?!!?

Там не полный вакуум - поэтому при нагревании лопасти солнцем включаются нестационарные газодинамические процессы.

ой ну не знаю, не знаю... сейчас уже не проверить, по виду они - вполне себе простые лепестки, черёные с одной стороны и блестящие с другой

Вот за счет этого и вращаются. Одноцветные так не могут - так что давление тут ни при чем.

что то меня озадачило...
от блестящих - отражается, черными - поглощается, что там при этом происходит с импульсом если предположить (что бы опровергнуть!), что всё же давление?

Да, что-то я сморозил. Импульс будет разный.. В школе у нас еще и лупой на одну сторону свет фокусировали - вращалось гораздо быстрее. Про то, что это радиометр Крукса и что в школе его использовали, не вдаваясь в детали, узнал уже позже.

почитал, там оказывается много тонких процессов, но давления света не хватает абсолютно - мой мир не будет прежним :)

почитал, там оказывается много тонких процессов, но давления света не хватает абсолютно - мой мир не будет прежним :) даже если бы хватало, то освещать наверное надо было бы только часть крыльчатки, ну это не важно уже раз не свет:)

вот нашел: ru.wikipedia.org/wiki/Радиометр_Крукса

Солнечный парус не работает на солнечном ветре. Так что сравнивать вообще некорректно.

солнечный парус работает не на солнечном ветре, люди на ЭТОМ летать, скорее, не планировали. По-крайней мере проекты электрических парусов малоизвестны, потому что да "сила разгона корабля электрическим парусом в 200 раз меньше, чем у аналогичного по размерам солнечного паруса"

Edited at 2016-06-25 07:10 (UTC)

я именно про паруса. но это дальше концептов не пошло, видимо. сели, посчитали, забили на тему. хотя картинки были красивые.

дык, про какие паруса то?солнечные или электрические?:)

В этом посте речь идёт о солнечном ветре, на нём работают электрические паруса (используется, например, на ESTCube-1).

Но солнечные паруса больше на слуху и они в перспективе должны будут использоваться для дальних полётов. Так никто ни на что не забил, вроде.

а хрен его уже знает ))) давно было, и статьи я не сохранил.
Но я как помню именно про солнечные была речь.

А ну точно! По графику же точно видно, что черная дыра

про заявленную точность и сказать нечего без матов

Офигеть!
То есть, один аппарат сейчас ничего "увидеть" не может? А этот аппарат только тестовый, получается?
UPD: вопрос снимается! Всё понял из предыдущего поста :)

Edited at 2016-06-24 07:56 (UTC)

Сравни длины волн, на которые аппарат нацелен и размер аппарата.

Edited at 2016-06-24 08:06 (UTC)

А можно вопрос немного не в тему?

А можно вопрос немного не в тему?

Хотелось бы, если не очень вас затруднит, услышать насколько проект индийского ракеты-носителя https://ru.wikipedia.org/wiki/PSLV может составить нам конкуренцию на рынке запусков?

Я не интересовался подробно, так что могу и ошибаться. Но пока что они пускают небольшие спутники. А главные деньги в космосе на ГСО. Так что вряд ли они станут конкурентами в ближайшее время.

Что говорят про электронику? Не будет ли точность падать из-за накопленных дефектов из-за космического излучения?

Пока не говорили. Не думаю что это будет важным фактором - различная наука работает в космосе десятилетиями.

Круто!
Такой вопрос: для наземной пары детекторов LISA он может стать третьей опорной точкой? Или к ним не привязать?

Эх, такой соблазн немножко увеличить базу :)

а что там за палка на 0.08Гц - марсиане шалят?


Edited at 2016-06-24 12:19 (UTC)

На АМА сказали, что подозревают интерференцию от чего-то в зонде.

Это где-то уже за гранью крутости! Спасибо!

"первое время после Большого взрыва вещество во Вселенной было настолько близким друг к другу, что фотоны не могли далеко улететь"

несколько не так
точнее, совсем не так )

несложные подсчеты говорят, что в районе эпохи рекомбинации (z=1200) плотность барионной материи примерно равна 6.5 x 10-19 кило на кубометр - это всего на два порядка выше плотности "сверхчистого" межпланетного вакуума в нашей системе

непрозрачность Вселенной в фотонную эпоху связана главным образом с тем, что сформировавшаяся барионная материя полностью ионизирована, то есть является плазмой, и поэтому непрозрачна - томсоновское рассеяние на свободных электронах и протонах

затем падение плотности и температуры Вселенной до примерно 4000К приводит к тому, что в районе 377 тысяч лет начинает быстрая рекомбинация водородной плазмы в нейтральный газ (поскольку Вселенная в тот момент еще почти идеально однородная, процесс происходит синхронно во всем объеме)(гелий++ рекомбинировался в гелий+ и затем в нейтральный заметно раньше, но это не особо повлияло на прозрачность), это резко увеличивает длину свободного пробега фотонов до хабловского радиуса = Вселенная стала прозрачной и произошло разделение материи и излучения

Edited at 2016-06-26 13:16 (UTC)

две галактики и черная дыра?
то есть черная дыра поглощает в себя целые галактики?!

  • 1
?

Log in