第73题-除了电磁波，还有别种可用来“观看”东西的波吗？

芳华赞助WX：fanghua0501_2018

引力波探测器（英语：Gravitational-wave observatory）是引力波天文学中用于探测引力波的装置。引力波是加速中的质量在时空中所产生的涟漪。阿尔伯特·爱因斯坦在1916年首次提出引力波的概念。通过探测引力波，可以对广义相对论进行实验验证。常用的探测器有棒状探测器和激光干涉仪等，这些探测器的主要运作原理是测量引力波通过时对两个相隔遥远位置之间距离的影响。1960年代起，多个引力波探测器陆续被建造与启用，并在探测器灵敏度上有不断的进步。现今，这些探测器已具备探测银河系以内与以外的引力波源的功能，是引力波天文学的主要探测工具。

有一些实验已经给出引力波存在的间接证据，例如，赫尔斯－泰勒脉冲双星的轨道衰减符合广义相对论预测的因引力波发射而导致的能量减损。拉塞尔·赫尔斯和约瑟夫·泰勒因这项研究获得了1993年诺贝尔物理学奖。

2016年，LIGO科学团队与VIRGO团队共同宣布，在2015年9月14日测量到在距离地球13亿光年处的两个黑洞合并所发射出的引力波信号。之后，又陆续探测到多次引力波事件。

在低频波段（低于1赫兹），任何引力波源的低频引力波到达地球时，振幅都会比地球上的震动噪声低很多；处于太空中的探测器则不会受到地球噪声环境的影响。在欧洲空间局的LISA计划中，探测频率波段为0.0001赫兹至0.1赫兹的低频引力波，由三个同样的航天器组成边长为250万公里的等边三角形，整体沿地球轨道绕太阳公转。LISA的干涉臂长超过任何频率高于60毫赫兹的引力波的半波长，在这个范围内三项公式成立。每一个航天器内部都载有一个30cm望远镜与2瓦特激光系统。

与地面干涉仪不同的是，由于航天器相距很远，激光在传播途中的大幅衰减造成LISA不能使用单纯的平面镜来反射激光，采用光学锁相的办法，将要发射信号的相位锁至接收信号的相位上再将其发射出去。这一过程原理上是一个光学转发器，其效果和地面干涉仪的平面镜反射是相同的，本质上相当于激光从一个航天器发射，到达另一个航天器后再返回，这个延迟信号与本地的原始信号发生干涉，LISA主要就是测量这种干涉信号的相位.

对LISA而言，来自外界的影响主要是太阳的辐射压和太阳风的动压强。为了减小这些影响，满足广义相对论实验验证的严格要求，LISA采用了先进无阻尼技术，使用航天器本身作为内部测试质量的防护罩，保护测试值量不被外界影响，促使测试质量能够自己沿着测地线运动，呈自由落体状态，与航天器没有任何牵缠，航天器对测试质量的位置作出精确的监测，并且自动开启喷气来改变位置，使得自己与测试值量之间维持安全距离，避免任何接触。因此，航天器需要装制能够精确给出微小推力的推力器。为了成功达成任务，LISA必须具备三个关键技术：先进的推力器、超灵敏的加速度计、能够连续几年稳定发射2瓦特功率的红外激光。于2015年发射升空的激光干涉空间天线开路者号（LISA Pathfinder）已成功测试了这些技术，为LISA铺设了康庄大道。

欧洲空间局计划于2030年发射LISA，任务为期4年，可延长至10年。LISA的主要的任务为，研究银河系内的双星系统的形成与演化、探查致密星体绕著大质量黑洞的公转动力学、追溯超大质量黑洞的并合起源与演化、解析恒星黑洞的天体物理学、探索引力与黑洞的基本秉性、估算宇宙膨胀的速率、了解随机引力波背景的起源与意涵。

除了LISA以外，另外还有几个在空间类似运作的激光干涉引力波探测器计划。分赫引力波干涉天文台计划的操作频带为0.1-10Hz，在LISA与地面探测器的操作频带之间，主要目的是直接观测宇宙的初始，即在大爆炸后10-36-10-34秒之瞬间，从而试图揭露宇宙的奥妙起源。更具野心的大爆炸天文台是美国太空总署的计划，操作频率与分赫引力波干涉天文台 相同，意图探测宇宙暴胀所导致的引力波背景。