Úton a LISA Pathfinder
(Rovat: Távoli világok kutatói, Űrcsillagászat Európában - 2015.12.03 07:15.)

A gravitációs hullámok űrbeli detektálására kifejlesztett műszaki megoldásokat kipróbáló európai űreszköz egy Vega rakétával indult.

A LISA Pathfinder az Európai Űrügynökség (ESA) 2034-ben – tehát majdnem két évtized múlva! – indítandó eLISA (Evolved Laser Interferometer Space Antenna) küldetését készíti elő. Az eLISA számára kritikus technológiák működésének űrbeli demonstrációját szolgáló mostani űreszköz december 3-án, magyar idő szerint 5:04-kor emelkedett a magasba a francia guyanai Kourou űrközpontból, a Vega hordozórakéta VV06 jelzésű startjával.

A LISA Pathfinder a Nap–Föld rendszer belső, L1 jelű Lagrange-féle librációs pontja felé tart, mintegy másfél hónap múlva ér oda. Először alacsony Föld körüli pályára állt, ahonnan fokozatosan távolodik majd. Ha célhoz ér, a Napot és a Földet összekötő egyenesben, a Földtől a Nap irányába mérve kb. 1,5 millió km távolságban ugyanúgy 1 év alatt kerüli majd meg a Napot, mint bolygónk. Így állandóan a Nap és a Föld között marad.

A hatszög alakú szonda októberben érkezett a dél-amerikai starthelyre, ahol feltöltötték a feladata elvégzése után leválasztandó meghajtóegység üzemanyagtartályait, elvégezték az utolsó ellenőrzéseket, és az űreszközt elhelyezték a Vega rakéta orrkúpja alatt.

A LISA Pathfinder szondára november 16-án zárták rá a légköri emelkedés során védelmet nyújtó orrkúpot, majd 19-én az egész felkerült a négyfokozatú Vega rakéta tetejére. (Kép: ESA / M. Pedoussaut)

Mielőtt rátérnék a LISA Pathfinder feladatainak ismertetésére, magyarázatképp néhány szót kell ejtenünk arról a rendkívül ambiciózus űrprogramról, aminek az előkészítését szolgálja. Az eLISA célja az Einstein-féle általános relativitáselmélet által megjósolt gravitációs hullámok detektálása. Ezeket egyelőre közvetlenül nem, csak közvetve sikerült kimutatni. Mire az eLISA repülni fog, addigra minden bizonnyal a földi gravitációshullám-detektorok megfigyelései is eredménnyel járnak majd, de az űrbeli rendszer más típusú (alacsonyabb frekvenciájú) gravitációs hullámokra lesz érzékeny. A gravitációs hullám valójában a téridő görbületének hullámszerűen, a fény sebességével továbbterjedő megváltozása, amit gyorsuló tömegek keltenek. A legerősebb csillagászati jellegű források például az egymáshoz nagyon közel keringő, összeolvadás előtt álló csillagok vagy a galaxismagokban található szupernagy tömegű kettős fekete lyukak.

A gravitációs hullámok kimutatásának egyik lehetséges módja két test egymáshoz képesti gyorsulásának nagyon pontos mérése. Az áthaladó „téridő-fodrozódás” következtében igen kis mértékben, de megváltozik a testek távolsága. Az eLISA egy kb. 1 millió km karhosszúságú, nagyon precíz lézerinterferométer lesz, amely 0,1 és 1 Hz közötti frekvenciájú, a földi detektorokkal nem elérhető tartományú gravitációs hullámokra „vadászik”, kiegészítve a hagyományos, az elektromágneses sugárzás detektálásán alapuló csillagászati méréseket.

A detektáláshoz az interferométer karjainak végén tökéletes tehetetlenségi pályán mozgó űrszondákra van szükség: a rájuk ható bármiféle fékezőerőt kompenzálni kell. A cél a karok hosszváltozásának kimutatása, aminek az amplitúdója 10-20 nagyságrenddel is kisebb lehet, mint maga a hossz.

Az eLISA három szondája pályájának vázlata. A rendszer a Nap körüli pályán a Földet 20°-kal lemaradva követi majd. A két interferométerkar hosszúsága kb. 1 millió km. Keringésük során tartják majd az egyenlő szárúhoz közeli háromszög alakú konfigurációt, anélkül, hogy a méréseket megzavaró manőverezésre lenne szükség. (Kép: AEI / MM / exozet)

A szondák belsejében szabadon repülő próbatestek jelképezik a karok végpontjait. Ezek távolságváltozásait kell mérni nagyon pontosan, hosszú időn át. Az eLISA-t úgy tervezik, hogy érzékeny legyen a karhosszúság 10^-21 arányú megváltozására, vagyis az 1 millió km-es bázisvonal pikométeres (10^-12 m-es) nagyságrendű periodikus megnyúlását vagy megrövidülését is ki tudja majd mutatni!

A most felbocsátott, 400 millió euróba kerülő LISA Pathfinder feladata tehát most még nem a gravitációs hullámok detektálása. „Mindössze” kipróbálja a precíz lézeres távolságmérési módszert, valamint belsejében két kocka alakú, 46 mm-es arany–platina próbatest repül majd úgy, hogy a körülöttük levő űreszköz falával nem érintkeznek. Távolságuk mindössze 38 cm. Tesztelik azokat a mikrohajtóműveket is, amelyek feladata a szondára ható, a mérést zavaró gyorsító erők – például a Nap sugárnyomása – folyamatos kompenzálása.

Animáció a LISA Pathfinder startjáról...

...és arról, hogyan éri majd el az L1 pont körüli pályát. A szonda tervezett működési élettartama 9 hónap.

Végül egy rövid film a LISA Pathfinder felépítéséről és működéséról. (Videók: ESA / ATG medialab)