LISA Pathfinders banebrydende mission fortsætter

Den 7. december, LISA Pathfinder startede den udvidede fase af sin mission, yderligere seks måneder, hvor videnskabsmænd og ingeniører vil presse eksperimentet til dets grænser som forberedelse til ESA's fremtidige rumobservatorium for gravitationsbølger.

LISA Pathfinder, en demonstrationsmission for at validere vigtige teknologier til at observere gravitationsbølger – fluktuationer i rumtidens struktur – fra rummet, blev lanceret for lidt over et år siden, den 3. december 2015.

Efter en seks uger lang rejse, rumfartøjet nåede sit operationelle kredsløb omkring det første Sun-Earth Lagrange-punkt, L1 – 1,5 millioner km væk fra Jorden mod Solen – i slutningen af ​​januar. Der, efter idriftsættelse af instrumenteringen om bord, LISA Pathfinder startede sin videnskabsmission 1. marts.

Til holdets store overraskelse, det tog ikke så lang tid som forventet at nå missionens mål:at demonstrere, at to testmasser – et par identiske guld-platin terninger – kan placeres i det mest præcise frit fald, der nogensinde er udført. Faktisk, det ønskede præcisionsniveau blev allerede opnået inden for den første dag af LISA Pathfinders videnskabelige operationer.

I løbet af de følgende måneder, videnskabsmænd og ingeniører blev ved med at forbedre eksperimentets ydeevne. De beskrev disse første resultater, herunder en analyse af de resterende forstyrrelseskilder på kubernes næsten perfekte fritfaldsbevægelse, i et papir udgivet i begyndelsen af ​​juni i Fysiske anmeldelsesbreve .

Derefter, den 25. juni, den første driftsfase, ved at bruge LISA Technology Package (LTP), blev afsluttet. LTP er en europæisk nyttelast bestående af testmasserne, inerti sensorer, og laser interferometer, og bruger en række koldgas mikronewton thrustere til at flytte satellitten og holde den centreret på kuberne, som reaktion på eksterne og interne kræfter, der slår dem rundt.

Operationerne fortsatte med NASA's Disturbance Reduction System (DRS), et yderligere eksperiment, som modtager måleinput fra LTP'ens inertiale sensorer, men som anvender sine egne mikronewton-thrustere baseret på kolloid teknologi.

Efter afslutningen af ​​DRS-operationerne, den udvidede mission for LISA Pathfinder begyndte den 7. december 2016, kl. 09:00 CET (08:00 UTC). Det varer indtil den 31. maj 2017, gør brug af både LTP og DRS nyttelast.

"Indtil nu, vi har haft travlt med at demonstrere ydeevnen af ​​LISA Pathfinder, som er blevet bedre og bedre med tiden, " siger Paul McNamara, LISA Pathfinder Project Scientist hos ESA, "men nu kan vi bruge de næste seks måneder på at lære alt, hvad vi behøver at vide for at bygge og drive et gravitationsbølgeobservatorium i rummet."

oktober sidste år, ESA udsendte en opfordring, der opfordrede europæiske videnskabsmænd til at foreslå koncepter for den tredje store mission (L3) i sin Cosmic Vision-plan, som vil være et rumobservatorium til at studere gravitationsuniverset. Udvælgelsen forventes at finde sted i første halvdel af 2017, med en indledende intern undersøgelsesfase planlagt til senere på året.

Det fremtidige observatorium vil detektere gravitationsbølger med frekvenser fra 1 Hz ned til 0,1 mHz. Disse er omkring hundrede til en million gange lavere end frekvenserne af bølger, der kan måles med jordbaserede eksperimenter som Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), som opnåede den første direkte detektion af gravitationsbølger i september 2015.

Under den udvidede mission med LISA Pathfinder, holdet vil køre en række langvarige eksperimenter for bedre at karakterisere missionens ydeevne, især ved de laveste frekvenser, der vil blive undersøgt af det fremtidige observatorium.

"Vi er begejstrede for at skubbe grænserne for LISA Pathfinder, et unikt fysiklaboratorium i rummet, der giver os tillid til, at vi helt sikkert kan bygge et rumbåret observatorium af gravitationsbølger", siger Oliver Jennrich, LISA Pathfinder stedfortrædende missionsforsker og L3-studieforsker ved ESA.

En af de operationer, der vil blive forsøgt i de kommende uger, vedrører de stationsholdende manøvrer, som missionsoperatører regelmæssigt har udført for at holde satellitten i dens operationelle kredsløb.

LISA Pathfinder kredser om L1, men hvis det efterlades uden opsyn, det ville langsomt drive væk fra det lagrangiske punkt under Jordens tyngdekraft. For at undgå det, det er tilstrækkeligt at affyre mikro-newton thrusterne en gang hver til anden uge.

Mellem 25. december og 14. januar, imidlertid, holdet besluttede ikke at foretage nogen korrektionsmanøvrer. Dette vil give forskerne mulighed for at køre uafbrudte eksperimenter i næsten tre uger, at udforske, hvad der sker i området af meget lave frekvenser, der er af interesse for at detektere gravitationsbølger fra rummet.

Et andet eksperiment vedrører lidt højere frekvenser, omkring 1–60 mHz. Ved disse frekvenser, hovedkilden til forstyrrelse ser ud til at være gasmolekyler, der er til stede i testmasse-indkapslingerne og preller af de to terninger – en effekt, der er blevet reduceret, efterhånden som flere molekyler bliver ventileret ud i rummet.

Holdet er nu nysgerrig efter at se, om yderligere støjkilder lurer nedenunder, noget, der vil være vigtigt for den fremtidige L3 -mission. En mulig måde at teste dette på er blot at vente, indtil de fleste molekyler er ventileret ud i rummet, men der er et alternativ:at slukke for mange af varmeapparaterne ombord, reducere temperaturen med ti grader, og derved reducere trykket inde i kabinettet. Holdet vil køre dette eksperiment i slutningen af ​​januar.

Dette er nogle eksempler på rækken af ​​eksperimenter, der vil blive udført under LISA Pathfinders udvidede mission. Til sidst, ved missionens afslutning, rumfartøjet vil forsigtigt blive skubbet mod en heliocentrisk bane.