雷射干涉太空天線

雷射干涉太空天線（LaserInterferometerSpaceAntenna，LISA）是一个由美國航空佮太空總署（NASA）佮歐洲的太空總署（ESA）合作的重力波探測計劃，因為募款問題，美國航空佮太空總署佇咧二空一一年宣佈總止合作關係。歐洲的太空總署因為按呢修改任務概念，佇咧二空一三年宣佈改名做演化雷射干涉太空天線（Evolved Laser Interferometer Space Antenna，eLISA）， 目前猶閣佇咧設計階段，計劃佇二空三四年投入運行，這罔做人類第一座太空中的重力波天文台。

LISA 也是美國航空佮太空總署的超越愛因為私坦計畫的一部份。「超越愛因斯坦」是一組實驗上驗證愛因為斯坦廣義相對論理論的計畫，其中包括兩个太空召鏡（HTXS—— X 射線天文台佮 LISA）佮幾若个以宇宙學相關觀測為目的探測器。LISA 將利用雷射干涉的方法精確測量信號相位，對閣來對宇宙間遙遠的重力波源的低頻而且微弱的重力波進行探測。這會對重力波天文學的理論佮實驗研究，廣義相對論的一寡實驗觀測以及早期宇宙的天體物理學和宇宙學研究有重要意義。

LISA 結構

LISA 由三个仝款的太空載具構成做一个邊長做五百萬千米的等邊三角形，即每兩个太空載具之間的夾角為六十 °。LISA 將採用的是和地球仝款的日心軌道，並且 LISA 佮日頭的連線，佮地球佮日頭的連線之間的相偃為二十 °，這種設計是為著欲儘可能減少地球引力造成的影響。佇每一个太空載具上攏有兩个完全仝款的光學台，包含有雷射的光源、光學分束器、光檢測器、光學鏡組等組成干涉儀的光學器件，以及系列進行數位訊號處理的電子器件。因為逐兩个太空載具之間的角色為六十 °，每一个太空載具上的每一个光學台攏會和相鄰的太空載具上的光學台發生干涉，雷射行了後這段太空載具間隔的距離需要約十六秒。佇每一个干涉儀的後壁安置有一个作為「測試質量」彼个合金立方體（百分之七十五金佮百分之二十五鉑）， 其中一个表面予人磨做金滑的平面鏡用來反射雷射。理論上若有重力波掃過測試質量，其位置的微小改變會引起干涉信號，雷射相位的改變，對這款相位變化就會當推導出觀測著的重力波的存在。佇實際設計內底，這種的測量精度要求測試質量所處的環境懸度穩定，其位會當無受著外界光壓佮日頭風粒仔的影響；並且 LISA 的干涉測量系統嘛愛懸度靈敏，予真正需要的重力波的信號若無佇雷射頻率雜訊等等干擾的海洋內底。除了這以外，LISA 猶需要解決按怎應對太空載具運行對雷射的頻率造成的攏跋反效應的影響，雷射長距離傳輸的損害問題，等咧。LISA 佇咧實際運行中將達到會當佇咧五百萬千米的長度頂懸探測著十皮米（一皮米等於十二米）量級的長度變化。

LISA 探測的重力波源

重力波

廣義相對論

一九一五年愛因為斯坦建立了廣義相對論理論，廣義相對論佇理論上證明，平直時空的度規佇微擾下應用愛因斯坦場的方程式會當導出時空微擾的度規以四維波的形式傳播。而且對一个具有四極矩的能量-動量張量應用愛因斯坦場方程式將會到推慢勢的格林函數解，這佮電磁學中的電磁波解是類似的。遮的推導攏對根本上預言矣重力波的存在，這和十九世紀馬克士威應用伊的馬克士威方程組預言電磁波的存在十分相𫝛。但是佮之無仝的是，對電磁理論建立到赫茲對實驗上觀測著電磁波只間隔無到三十年的時間，重力波對廣義相對論建立以來一直到二空一五年才被直接觀測著，真重要的原因是佮電磁交互作用相比引力交互作用強度十分微弱，會當產生較強的重力波的重力波源離地球已經十分遙遠，傳播到地球的應力強度差不多干焦十二十二這个量級左右，這佮一百千米的長度引起零一皮米長度的變化，這種變化比原子核的直徑閣較細。

PSR 一千九百十三 + 十六

一九七五年普林斯頓大學的拉塞爾 ・ 赫爾斯（Russel Hulse）佮約瑟夫 ・ 泰勒（Joseph Taylor）發現一粒編號為著 PSR 一千九百十三 + 十六的脈衝星，這是一粒高速旋轉並放出方向性真強的無線電波的中子星。每當無線電信號掃過地球的時陣，接收機頂懸就會當接收著一个脈衝信號，脈衝星的這種性會使用作天文學上的這種「量天尺」，用佇精確的測量其運動狀態。經過著 PSR 一千九百十三 + 十六的一段時間的測量了後，𪜶發現伊有一个雙星系統的軌道，其實乎星可能是一粒無輻射無線電波的中子星。同時，這个伴星的質量佮雙星系統的彼款鐵枝路參數嘛會使大概推算出來。仝款，根據廣義相對論理論，會當對中子星質量佮軌道參數估算這个雙星系統的重力波輻射的光度，遮的輻射以量的形式損蕩，反映著系統運動軌道參量的變化。拉塞爾 ・ 赫爾斯佮約瑟夫 ・ 泰勒乎對這个雙星系統的軌道佇一九七五年至一九八八年間進行了長時間的觀測，其結果佮廣義相對論的預言符合了真好，這个事實間接著證明矣雙星系統引力輻射的存在。拉塞爾 ・ 赫斯佮約瑟夫 ・ 泰勒因此項工作佇一九九三年得著毋著貝爾物理學獎，這是廣義相對論的勝利。

重力波探測器

就算對雙星系統的觀測證明矣重力波的存在，猶毋過人類無直接觀測著重力波到底是啥款，就按怎用一个應力（或者是度規）的時間序列去講。對二十世紀六十年代以來人類不斷致使重力波探測器的製造工課，上頭先的重力波探測器採用共振質量的方法毋過到今無造成功。目前主流的重力波探測器攏是因為邁克生干涉儀的方法，利用雷射的穩定性來得著懸度靈敏穩定的干涉條件，自按呢達到對極度微細的重力波擾動實現觀測的目的，這款的探測器包括德國的 GEO 六百，美國的雷射干涉重力波天文台（LIGO，Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory）， 日本的 TAMA 三百，義大利的處女座干涉儀（VIRGO）， 澳大利亞的 AIGO 等。

是按怎有需要 LISA

LISA 探測的重力波波段的範圍為三 × 十茲五赫茲至十配一赫茲，佇咧這个波段的範圍內底，當前是地面觀測的重力波天文台，比如講美國的 LIGO 等探測器真大程度上受著地球上震動雜訊的影響，真歹達到所需要的探測靈敏度（地面重力波探測器因為干涉儀的臂長受限，無法度達到一直探測低頻重力波的精度）， 因此將 LISA 對太空中的原因就是會當徹底消除地面震動雜訊的干擾。這馬已經知的重力波源包括：河溪系內底的雙星系統，佮河外星系內底的極端質量比例旋（EMRI，指兩个質量差懸殊的天體組成的自旋系統）佮超大質量的烏空合併。LISA 如果探測著這三類重力波源，其在三 × 十二茲三赫茲頻率會當探測的應力靈敏度會達到十歲二十一 / √Hz。LISA 嘛去予寄望探測著大爆炸以後早期宇宙的引力隨機背景（stochastic background）輻射，就算這種重力的波源猶無予人證實。

參閱

• 雷射干涉太空天線開路者號