Jól teljesít a LISA Pathfinder
(Rovat: Távoli világok kutatói, Űrcsillagászat Európában - 2016.06.27 07:15.)

Az ESA gravitációs hullámokat kereső LISA Pathfinder szondája január 22-én érkezett a Nap–Föld-rendszer L1 pontjához. Három hónap tesztelés után a várakozásokat felülmúló eredményeket produkált.

A LISA Pathfinder indítása 2015. december 3-án Kourou-ból, Vega rakétával. (Kép: ESA / Stephane Corvaja)

Fantáziarajz a Földtől 1,5 millió km-re, az L1 pont körül keringő LISA Pathfinder űrszondáról. (Kép: ESA / C. Carreau)

A LISA Pathfinder egy későbbi, a gravitációs hullámok kimutatását célzó űrkísérlet, a LISA (Laser Interferometer Space Antenna) technológiai előkísérlete. A január 22. óta az L1 pont körül keringő szonda belsejében február 15-én, illetve 16-án eresztették szabadon a két próbatestet, két egymással tökéletesen azonos, egymástól 38 cm távolságban elhelyezett, 46 milliméter élhosszúságú, egyenként 2 kg tömegű platina–arany ötvözetből készült kockát. Ezután kezdődtek meg a próbamérések, amelyek két 90 napos szakaszból állnak. Az első szakaszban a LISA technológiai csomagot (LTP) próbálják ki, a másodikban a zavarokat kiküszöbölő rendszert (DRS).

A LISA Pathfinder fő szerkezeti egységei a szonda „robbantott” rajzán. Az ábra tetején, közvetlenül a napelemtábla alatt látható a két próbatest (Test mass). (Kép: ESA / ATG medialab)

Június elején hozták nyilvánosságra az első két hónap mérési eredményeit. Eszerint a két kocka, amelyek a gravitációs térben minden más külső erőhatástól mentesen „szabadon esnek” (tehetetlenségi pályán mozognak) a vártnál ötször pontosabban együtt mozognak. Az egymáshoz viszonyított gyorsulásuk a 60 mHz és az 1 Hz közötti frekvenciatartományban kisebb a földfelszíni nehézségi gyorsulás (g) milliárdod részének tízmilliomod részénél. A mérések pontosságára jellemző, hogy a kisebb, 1–60 mHz közötti frekvenciákon azért csökken a pontosság, mert ott a kockák felületéről visszapattanó gázmolekulák hatása zavarja a mérést (a kockák természetesen vákuumban vannak, de a vákuum soha nem tökéletes). Az mHz-nél is kisebb frekvenciákon kimutatták a LISA Pathfinder enyhén elliptikus pályájából és a szonda helyzetét stabilizáló csillagérzékelők működéséből eredő zavarokat. A két próbatest távolságát eredetileg a pikométeres (10^-12 m) tartományban akarták mérni, valójában sikerült a pontosságot a femtométeres tartományig fokozni (10^-18 m; összehasonlításképpen: a proton sugara 0,85 femtométer). A tervek szerint a LISA Pathfinder legalább egy évig működik.

A LISA Pathfinder és a későbbiekben elkészítendő gravitációshullám-űrobszervatórium (LISA) várt teljesítőképessége (folyamatos fekete vonalak), illetve a LISA Pathfinder próbaméréseinek első eredményei. A szürke vonal a korrigálatlan mérési eredményeket mutatja, a piros a centrifugális erő hatására korrigált eredmények, míg a kék vonalnál az űrszonda mozgását figyelembe vevő további korrekciókat alkalmaztak. (Kép: ESA / LISA Pathfinder Collaboration)

A jó eredmények igazolják, hogy érdemes megépíteni a már ténylegesen a gravitációs hullámok kimutatásával foglalkozó LISA szondákat. Ezek fizikailag ugyanolyan gravitációs hullámokat szeretnének detektálni, amilyeneket a földi LIGO rendszerrel a közelmúltban már felfedeztek. A LISA azonban sokkal alacsonyabb frekvenciákon fog működni (a LIGO a 100 hertzes tartományban mér, a LISA 0,1–1 Hz között fog dolgozni). Emellett az űrbe telepített rendszer mentes mindazon földi eredetű zavaroktól, amelyek kiküszöbölése a földi detektorok esetében óriási nehézséget jelent. A LISA rendszerben a próbatestek (szemben a mostani 38 cm-rel) 1 millió km-re helyezkednek majd el egymástól (a LIGO detektorban a karok hossza 4 km). A LISA, pontosabban az amerikaiak visszalépése után áttervezett eLISA pályára állítását a 2030-as évek elejére tervezik. A három űrszonda a nagyjából a Föld pályáján, mintegy 20 fokkal (kb. 50 millió km-rel) bolygónk mögött fog keringeni az ekliptikával 0,33 fokos szöget bezáró pályán. A három szonda nagy távolsága lehetővé teszi a források helyének ívperc pontosságú meghatározását.

A LISA Pathfinder startját, a gravitációs hullámok fizikáját, a szonda felépítését és működését bemutató animáció. (Forrás: ESA)

Hasonló film a NASA-tól. (Forrás: NASA Goddard)