Πριν από περίπου 6 χρόνια, στις 22 Γενάρη 2016, ο δορυφόρος-αποστολή LISA Pathfinder (LPF) του Ευρωπαικού Οργανισμού Διαστήματος έφτασε στο σημείο L1 (ή Λανγκραντζιανό σημείο 1), ανάμεσα της Γης και του Ηλίου. Στο L1, το βαρυτικό πεδίο ελαχιστοποιείται, καθιστώντας το ιδανικό για γεωδαισικά πειράματα. Αυτή ακριβώς ήταν και η δουλειά του LPF, δηλαδή να καθορίσει την ακρίβεια με την οποία μπορούμε να μετρήσουμε την επιτάχυνση μεταξύ δύο δοκιμαστικών μαζών σε ελεύθερη πτώση.

Οι δύο δοκιμαστικές μάζες βρίσκονταν σε συνθήκες κενού μέσα σε ένα ειδικό περίβλημα, περιτριγυρισμένες με ηλεκτρόδια. Ο ίδιος ο δορυφόρος προστάτευε τις δοκιμαστικές μάζες από τα φορτισμένα σωματίδια που ταξιδεύουν στο κενό, ενώ τα ηλεκτρόδια αυτά επέτρεπαν την ανάγνωση των συντεταγμένων τους. Η πιο ευαίσθητη μέτρηση γινόταν με συμβολόμετρα laser και μας έδινε την μεταξύ των μαζών απόσταση, με ακρίβεια πικο-μέτρων (pm). Ένα πικόμετρο ισούται με το 1 τρισεκατομμυριοστό του μέτρου! Για να κατανοήσουμε αυτόν το αριθμό, το άτομο του Ηλίου (2He), έχει διάμετρο 62 pm!

Μετά από σχεδιασμένα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν, η ομάδα κατάφερε να σχεδιάσει ένα λεπτομερές μοντέλο όλων των θορύβων που συμβάλλουν στην διατάρραξη της κίνησης των δοκιμαστικών μαζών. Συγκεκριμένα, μελετήθηκαν οι δυνάμεις που ασκούνται στα σώματα από οποιαδήποτε πηγή εντός και εκτός του περιβάλλοντος του δορυφόρου. Για παράδειγμα, ηλεκτροστατικές δυνάμεις ασκούνταν στις δοκιμαστικές μάζες λόγω του φορτίου που συγκεντρώνονταν από τον συνεχή βομβαρδισμό φορτισμένων σωματιδίων. Μαγνητικές δυνάμεις ασκούνταν λόγω των ηλεκτρονικών συστημάτων του δορυφόρου, αλλά και του μαγνητικού πεδίου υποβάθρου του Ηλιακού συστήματος. Επίσης υπήρχε θόρυβος λόγω τις κίνησης Brown των ελεύθερων σωματιδίων μέσα στους θαλάμους, τα οποία προσέκρουαν συνεχώς στις δοκιμαστικές μάζες. Στο επόμενο post, θα προσπαθήσω να κάνω μια εκτεταμένη σύνοψη όλων των πειραμάτων του LPF. Προς το παρόν, περισσότερα εδώ.

Όμως, στην ουσία ο απώτερος σκοπός ήταν να προετοιμαστεί το έδαφος για μια μελλοντική αποστολή που θα μετρήσει βαρυτικά κύματα στο διάστημα. Ότι μάθαμε από την αποστολή του LPF, θα χρησιμοποιηθεί για τον σχεδιασμό και την ανάλυση δεδομένων του Laser Interferometer Space Antenna, η απλά LISA. Το LISA θα είναι ο πρώτος ανιχνευτής βαρυτικών κυμάτων στο διάστημα. Αυτή το φορά, τρεις δορυφόροι θα σχηματίζουν ένα τρίγωνο στον ουρανό, που η κάθε πλευρά του θα έχει μήκος 2.5 εκατομμύρια χιλιόμετρα!

Με τη LISA θα ανιχνεύσουμε βαρυτικά κύματα που εκπέμπονται σε χαμηλότερες συχνότητες από αυτά που έχουμε συνηθίσει έως σήμερα με τους επίγειους ανιχνευτές. Επί της ουσίας, θα μετρήσουμε πολύ διαφορετικές πηγές βαρυτικών κυμάτων. Κατά πάσα πιθανότητα, θα μπορέσουμε να δούμε κατακλυσμικά γεγονότα, όπως τη συγχώνευση μελανών οπών με μάζες εκατομμύρια φορές τη μάζα του δικού μας Ήλιου! Επίσης, θα μετρήσουμε όλα (!) τα δυαδικά συστήματα Λευκών Νάνων μέσα στο Γαλαξία μας, κάτι που θα μας δώσει υπερπολύτιμες πληροφορίες σχετικά με την δημιουργία και την εξέλιξη γαλαξιών σαν τον δικό μας. Τέλος, διάφορα κοσμολογικά μοντέλα προβλέπουν την ύπαρξη ενός στοχαστικού υπόβαθρου βαρυτικής ακτινοβολίας προερχόμενο από την απαρχή του Σύμπαντος. Εάν ένα τέτοιο σήμα είναι αρκετά ισχυρό, τότε η LISA θα έχει την ευαισθησία να το καταγράψει, φέρνοντας νέες πληροφορίες για την γέννηση και εξέλιξη του Σύμπαντος, και ίσως μια νέα επανάσταση στην κοσμολογία!

Λαμβάνοντας υπόψη και τους μελλοντικούς επίγειους ανιχνευτές που σχεδιάζονται παράλληλα με τη LISA, το μέλλον φαίνεται υποσχόμενο. Σε περίπου μία δεκαετία θα έχουμε νέα δεδομένα να αναλύσουμε, και σίγουρα αναμένουμε νέες σημαντικές ανακαλύψεις και … γιατί όχι μεγάλες αλλαγές στον τρόπο που αντιλαμβανόμαστε το Σύμπαν!