科学家们长期以来一直梦想着发射一系列探测器进入太空，以探测引力波——这是阿尔伯特·爱因斯坦首先预测的时空涟漪，并且在本月初首次被观测到。
这个梦想现在离现实更近了一步。研究人员正在进行一项耗资 4 亿欧元（4.4 亿美元）的任务，首次在太空中尝试必要的技术——包括在自由落体的金属立方体之间发射激光——他们告诉《自然》杂志，初步试运行的表现正如他们所希望的那样好。
“我认为我们现在可以说这个原理已经奏效了，”LISA Pathfinder 任务的项目科学家保罗·麦克纳马拉说，该任务于 12 月发射。“我们相信我们现在处于一个良好的状态，可以展望未来并着眼于下一代。”
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“一切都按照我们设计的运行。这有点神奇，而且作为实验主义者，你很少在你的职业生涯中看到这种情况，”意大利特伦托大学的物理学家，Pathfinder 任务的首席研究员斯特凡诺·维塔莱说。
《自然》新闻，2016 年 2 月 25 日 doi:10.1038/nature.2016.19452
来源：ESA/ATG medialab
欧洲航天局为这次测试提供了资金，并希望最终发射一项价值 10 亿欧元的任务来寻找引力波。这将是在三个航天器之间反射激光，这些航天器相距数百万公里。每个航天器都将包含一个测试质量（一个金属立方体），该测试质量将处于自由落体状态，不受除重力以外的任何力的影响。由于引力波会拉伸和压缩时空，天文台希望能够通过使用激光检测自由落体立方体之间距离的微小变化来观察经过的波。
由于其巨大的规模，基于太空的探测器可以探测到比地面实验（例如美国先进激光干涉引力波天文台）更低频率的引力波，该天文台于 2 月 11 日宣布首次成功探测。低频波可以由科学家希望研究的更强大的事件触发，例如星系和超大质量黑洞之间的碰撞。
Pathfinder 任务旨在表明——在小得多的规模上——基本设计是可行的，并绘制其局限性。它使用两个测试质量（每个都是 2 公斤的金和铂立方体），它们相隔 38 厘米，使它们漂浮起来，隔离不受重力影响之外的一切，并测试它们相对运动的变化是否可以用皮米精度测量。为了使立方体保持自由落体状态，航天器会监视它们的运动并使用微小的推进器使自身保持在质量的中心。
维塔莱说，在距离地球数百万公里的地方进行如此复杂的实验，意味着怀疑论者怀疑它是否能在太空中奏效。但自 2 月 23 日以来传回的数据（当时 Pathfinder 开始使用激光跟踪其释放的立方体）表明，它不仅满足而且超过了要求，他说。目前，该团队对仪器的性能究竟如何保密。
证明基本技术可行只是任务的第一步。Pathfinder 团队将在未来几个月内执行其主要科学目标，即了解系统中噪声的来源。这些知识对于设计计划于 2034 年发射的基于太空的引力波天文台至关重要。“该任务的主要目标不是要测量我们做得有多好，而是要理解我们做得有多好，”麦克纳马拉说。
Pathfinder 的成功被认为是建造天文台的先决条件，欧洲航天局于 2013 年同意为其提供资金。但在启动如此雄心勃勃的实验之前，科学家们还认为，引力波应该已经在地球上的探测器上被观测到。“看起来这两个条件都在同一个月内得到了满足。所以这真的是我们的月份，”维塔莱补充道。
本文经许可转载，并于2016 年 2 月 25 日首次发表。