欧洲的引力波探测者们正在庆祝。7月1日，一颗卫星将结束其任务，该任务旨在测试在寂静太空中测量引力波纹的开创性探索技术。在过去一年中，该探测器的表现远超许多人的预期。这一成功说服了欧洲航天局（ESA）批准启动一个完整规模的版本，该版本能够感知地球上无法感知的灾难性事件。
LISA探路者任务，于2015年末发射，其精度目标超出预期1000倍，并让那些怀疑其潜力的人们沉默，荷兰诺德韦克欧洲航天局的天体物理学家，项目科学家保罗·麦克纳马拉说。“这不是一些人认为的不可能完成的任务。”
目前计划于2034年发射，全尺寸的激光干涉仪空间天线（LISA）将是激光干涉引力波天文台（LIGO）的空间模拟设备，LIGO是美国的两台机器——每台都有一对4公里长的臂——它们通过“听到”两个黑洞的合并首次探测到引力波纹。LISA的三个探测器将以三角形飞行，彼此相隔数百万公里，使该任务能够探测到更长的引力波，例如更大黑洞碰撞产生的波纹。
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该任务将在三个LISA探测器之间，或者更准确地说，是在每个卫星内部真空悬浮的测试质量之间，反射激光束。利用太空无振动的条件，它将测量测试质量之间距离的微小变化，这些变化揭示了扭曲空间的引力波的通过。
致谢：Nature，2017年6月27日， doi:10.1038/546583a; 图片：ATG medialab ESA
LISA探路者的目标是证明这种变化可以在零重力下以一皮米（即十亿分之一毫米）的精度进行测量。高精度推进器调整了探路者的路线，使其能够紧密跟随探测器内部两个测试质量的引力自由落体，并且不干扰它们的轨道。与此同时，探测器在两个质量——一对由金铂合金制成的2公斤立方体——之间反射激光束，并测量它们之间分离的波动。
耗资4亿欧元（4.47亿美元）的探测器在LIGO宣布首次探测后的两周，于2016年2月被宣布获得成功。探路者没有探测到引力波——引力波在探测器内部的短距离内不会产生明显影响——但它表明它可以探测到比皮米要求小100倍的运动。从那时起，该实验的性能又提高了一个数量级（M. Armano et al. Phys. Rev. Lett. 118,171101; 2017）。
到今年六月初，LISA探路者号的推进器燃料几乎耗尽，任务控制中心使用剩余燃料将航天器从其运行轨道推到其围绕太阳的最终轨道。7月1日，探路者号将停止收集数据，航天器将于7月18日永久休眠。
探路者号是“一次巨大的成功”，美国宇航局喷气推进实验室位于加利福尼亚州帕萨迪纳的物理学家威廉·克利普斯坦说，他从事LISA的开发工作，但没有参与欧洲航天局的探路者任务。他说，它的性能“消除了继续进行一项长期计划的欧洲航天局主导的引力波任务的最后一个主要技术障碍”。
在6月20日的一致决定中，欧洲航天局的科学计划委员会正式选择LISA作为该机构当前科学计划中第三个大型或10亿欧元级的任务。德国汉诺威马克斯·普朗克引力物理研究所主任兼探路者号的联合首席研究员卡斯滕·丹兹曼说，这项批准是期待已久的，但在探路者号的成功和LIGO的引力波发现之后，几乎没有疑问。
该决定不是最终决定，但这意味着工业合作伙伴现在将参与详细的设计和成本预测。一旦这些完成，欧洲航天局将决定是否“采纳”该任务并承诺提供资金来建造它。美国——在2011年之前一直是该任务的平等合作伙伴，当时为了节省成本而减少了参与——预计将提供重要的组件。
欧洲航天局已选择在LISA之前推进另外两个大型任务——一个是在2022年发射到木星卫星的任务，另一个是2028年的X射线天文台。这使得LISA计划在2034年发射。但是探路者号首席研究员，意大利特伦托大学的物理学家斯特凡诺·维塔莱和其他人希望它的时间表可以加快。欧洲航天局领导引力波天文台的提案征集——由维塔莱的团队赢得——是在2016年末而不是该机构计划的2019年末发布的。维塔莱和其他引力波研究人员希望该机构将发射日期提前，以便LISA能够在过多的当前关键研究人员退休之前开始发回数据。
本文经许可转载，并于 2017年6月27日首次发布。