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天眼可以发现引力波吗?
在这个动画中,终结的中子星转向死亡。引力波(苍白的弧)会流出轨道能量,导致星星靠近在一起并合并。随着星星的碰撞,一些碎片在几乎以光速移动的颗粒射流中爆炸,产生了短暂的伽马射线(洋红色)。除了为伽马射线供电的超快速射流之外,合并还会产生较慢的移动碎片。由合并残余物的积累驱动的流出物迅速褪色紫外线(紫色)。碰撞之前从中子星上清除的一大堆热的碎片产生可见光和红外光(蓝白色通过红色)。后来,一旦向我们喷射的残余物已经扩大到我们的视线范围内,那么X射线(蓝色)被检测出来。这就是科学家发现引力波的原理
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广义相对论告诉我们,在非球对称的物质分布情况下,物质运动或物质体系的质量分布发生变化时,会产生引力波。它是一种以光速传播的时空波动,如同石头丢进水里产生的波纹一样,引力波被视为宇宙中的“时空涟漪”,宇宙中大质量的天体的加速,碰撞和合并等***才可以形成强大的引力波。由于距离地球十分遥远,传播到地球时变得非常微弱,因此人类要想探测到引力波是十分困难的。
人类首次探测引力波是上世纪60年代,由马里兰大学物理学家韦伯首先提出的一种共振型引力探测器。该探测器由多层铝筒构成,直径1米,长2米,质量约1000千克,用细丝悬挂起来。1968年,韦伯宣称他探测到了引力波,但后来的重复实验都一无所获。到上世纪70年代,加州理工学院的物理学家莱纳.魏斯等人意识到用激光干涉方法探测引力波的可能性。该方法探测器灵敏度要求非常高,直到上世纪90年代,如此高灵敏所需技术条件才逐渐趋于成熟。
激光探测引力波基地
中国天眼是接收天体射出的无线电波的射电望远镜。它由两部分组成:一面或多面无线和一台灵敏度很高的无线电接收机。天线所起的作用相当于光学天文望远镜的透镜式反射镜 。接收机的作用是把天线传来的无线电波放大,并转变成能用仪器记录的信号或对无线电波进行拍照。是观测和研究来自天体的射电波的强度,频谱及偏振等量的基本设备。
而检测引力波的话则需要以光为基准。
从射 电望远镜 到脉冲星,从引力波到虫洞理论……美国物理学家、诺贝尔奖得主约瑟夫·泰勒2在贵阳市第一中学的报告厅里,与贵阳多所中学的学生畅聊起神秘的宇宙时,总是提到一个关键词———FAST。FAST是500米口径球面射 电望远镜 的英文简称,这个目前世界上最大的单口径射 电望远镜 已经正式投入使用。它的投入使用为人类探索宇宙,开辟了一个崭新的空。
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那么,引力波是如何探测的呢?目前有两种技术方案。
一是LIGO,在美国的华盛顿汉福德(Hanford, Washington)与路易斯安娜州各安装有一个激光干涉仪,就是麦克尔逊干涉仪。
麦克尔逊干涉仪,在历史上曾经因为验证了以太不存在,从而导致爱因斯坦提出“在惯性参考系中光速是不变的”的基本原理,成为一个光学领域的经典仪器。 在红外光谱领域,因为要检测一些有机物的分子光谱,也使用麦克尔逊干涉仪。简单地说,这种干涉仪内部有两束光,如果这两束光走过的路程一样长,那么它们重 逢的时候出现的干涉条纹中间是亮的,如果这两束光走过的路程不一样长,则出现干涉条纹中间部分就没有原来那么亮了。通过检测干涉条纹中心的光斑亮度,引力波探测器LIGO可以知道光程有没有发生变化?
在实际工作过程中,LIGO的光路中的光线通过来回反射很多次,从而将光路变长很多倍,以此来有效提高检测的灵敏度(精度)。
引力波探测的精度是10^(-21),这个数字是 0.000 000 000 000 000 000 001,相当于测量地球到太阳的距离精确到原子半径的大小。
在实际的LIGO引力波探测器中,激光麦克尔逊干涉仪的干涉臂的臂长达到4公里,在多次反射后可以达到几千公里, 这一干涉长度对引力波的中心频率为100赫兹的信号最为敏感。
第二个探测似乎还处于方案阶段。就是由天上的卫星组成的elisa***。在这个技术方案中,一共有6个卫星,它们的空间结构满足一个正八面体的形状,这个装置与elisa的三颗卫星不同,是放置在第一拉格朗日点。这种八面体结构的优点是,可以消除卫星的加速度噪音以及卫星时钟的噪音。
那么,贵州的中国天眼是做什么的呢?
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