Σε αναζήτηση των βαρυτικών κυμάτων του Αϊνστάιν

Σε αναζήτηση των βαρυτικών κυμάτων του Αϊνστάιν

Η εκτόξευση της διαστημοσυσκευής LISA Pathfinder, με πύραυλο Vega, από το διαστημοδρόμιο Κουρού, στη Γαλλική Γουιάνα

Associated Press

Ενα εργαστήριο φυσικής ταξιδεύει ήδη στο Διάστημα για να εξετάσει μια από τις προβλέψεις της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας του Αϊνστάιν. Πρόκειται για τη συσκευή LISA Pathfinder, του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA), που εκτοξεύτηκε πριν από λίγες μέρες από το διαστημοδρόμιο στο Κουρού, της Γαλλικής Γουιάνας, με πύραυλο Vega.
Τα βαρυτικά κύματα είναι κυματισμοί στον ιστό του χωροχρόνου, των οποίων την ύπαρξη προβλέπει η γενική σχετικότητα. Οι κυματισμοί αυτοί, που προκαλούνται από σώματα μεγάλης μάζας που επιταχύνονται, δεν έχουν ανιχνευτεί μέχρι τώρα επειδή είναι πολύ μικροσκοπικοί. Για παράδειγμα, ένα ζευγάρι μαύρες τρύπες που περιστρέφονται η μια γύρω από την άλλη θα προκαλούσαν την επιμήκυνση ενός χάρακα μήκους ενός χιλιομέτρου, ελαφρώς λιγότερο από το μέγεθος ενός ατόμου!..
Η αποστολή LISA Pathfinder θα είναι μια δοκιμή για την εξαιρετική τεχνολογία που χρειάζεται για την παρατήρηση των βαρυτικών κυμάτων στο Διάστημα. Αποτελείται από ένα ζευγάρι πανομοιότυπων κύβων χρυσού - πλατίνας, με ακμή 46 χιλιοστών, που απέχουν μεταξύ τους 38 εκατοστά και θα είναι πλήρως απομονωμένοι από οποιεσδήποτε εξωτερικές και εσωτερικές δυνάμεις ασκούνται πάνω τους, με εξαίρεση τη βαρύτητα. Η αποστολή θα βάλει αυτούς τους κύβους στην πιο καθαρή κατάσταση ελεύθερης πτώσης (φαινομενική έλλειψη βαρύτητας) που έχει πραγματοποιηθεί ποτέ στο Διάστημα και θα παρατηρήσει τις σχετικές θέσεις τους με εκπληκτική ακρίβεια. Αποστολές σαν αυτή θα είναι πολύ σημαντικές σε συνδυασμό με τα επίγεια εργαστήρια που αναζητούν τα βαρυτικά κύματα, αυτούς τους διαφεύγοντες της προσοχής κοσμικούς αγγελιοφόρους. Τα διαστημικά και τα επίγεια πειράματα είναι ευαίσθητα σε διαφορετικού τύπου βαρυτικά κύματα και γι' αυτό αλληλοσυμπληρώνονται.

Αποστολή - πιλότος

Καλλιτεχνική απεικόνιση του πειράματος ανίχνευσης βαρυτικών κυμάτων. Μέσα σε δύο κυλίνδρους υπό κενό, βρίσκονται δύο κύβοι από χρυσό. Η LISA θα παρακολουθεί τους δύο κύβους με υψηλής ακρίβειας συμβολόμετρο λέιζερ, καθώς αυτοί θα μπαίνουν σε κατάσταση ελεύθερης πτώσης (φαινομενική μηδενική βαρύτητα). Το όργανο βρίσκεται ανάμεσα στους δύο κυλίνδρους και διαθέτει 22 κάτοπτρα και θα μπορεί να καταγράφει την παραμικρή αλλαγή θέσης ή προσανατολισμού των κύβων, χωρίς να τους ακουμπά

Από τη μέρα της τοποθέτησής του σε χαμηλή τροχιά, το σκάφος της αποστολής LISA Pathfinder με αλλεπάλληλες πυροδοτήσεις του κινητήρα του την κατάλληλη στιγμή σταδιακά ανεβάζει την τροχιά του. Η τελική πυροδότηση θα το ωθήσει προς τον τελικό του προορισμό, το σημείο Λαγκράντζ 1 (L1), γύρω στο 1,5 εκατομμύριο χιλιόμετρα μακριά από τη Γη προς τη μεριά του Ηλιου. Αυτό είναι ένα από τα 5 σημεία βαρυτικής ισορροπίας μεταξύ ενός άστρου και ενός πλανήτη, όπου οι βαρυτικές έλξεις εξισορροπούνται και ένα σκάφος που θα φτάσει εκεί, υπόκειται σε μηδενική συνισταμένη βαρυτική δύναμη. Οταν το LISA Pathfinder φτάσει στο L1 γύρω στα μέσα Φλεβάρη του 2016, θα αρχίσει την εξάμηνη επιστημονική αποστολή του. Τότε, όλοι οι μηχανισμοί που συγκρατούν τους δύο κύβους θα ξεκλειδώσουν και οι κύβοι δεν θα βρίσκονται πια σε μηχανική επαφή με το σκάφος. Ενα πολύπλοκο σύστημα ακτίνων λέιζερ που θα ανακλώνται πάνω τους θα μετρά πόσο κοντά είναι στην κατάσταση απόλυτης ελεύθερης πτώσης, με ακρίβεια ενός δισεκατομμυριοστού του χιλιοστού! Πείραμα τέτοιας ακρίβειας δεν έχει ξαναγίνει στο Διάστημα.
Το ίδιο το σκάφος θα είναι ενεργό στοιχείο του πειράματος, καθώς 10 φορές το δευτερόλεπτο θα πυροδοτεί ειδικούς μικροπροωθητήρες (ωστικής δύναμης μερικών νανονιούτον), ώστε να αποφεύγει την επαφή των κύβων με το εσωτερικό του (τους κυλίνδρους κενού μέσα στους οποίους βρίσκονται οι κύβοι), προστατεύοντάς τους έτσι από οποιεσδήποτε δυνάμεις θα τους εμπόδιζαν να κινηθούν αποκλειστικά υπό την επίδραση της βαρύτητας.

Αν αυτό το ακραίας ακρίβειας πείραμα έχει επιτυχία, όχι με την έννοια οπωσδήποτε του εντοπισμού βαρυτικών κυμάτων, αλλά της απόδειξης ότι μπορούν να γίνουν στο Διάστημα τέτοιες λεπτομερείς μετρήσεις, τότε θα κατασκευαστεί ένα μεγάλης κλίμακας και μακράς διάρκειας ζωής διαστημικό παρατηρητήριο, ικανό να ανιχνεύσει τα ανεπαίσθητα βαρυτικά κύματα. Η αποστολή - πιλότος LISA Pathfinder μπορεί να ανοίξει ένα νέο «παράθυρο» για την παρατήρηση του σύμπαντος.

Επιμέλεια:
Σταύρος ΞΕΝΙΚΟΥΔΑΚΗΣ
Πηγές: http://sci.esa.int/lisa-pathfinder, www.nasa.gov