LISA

Satellitter skal måle universets skjulte krefter

Neste år sender ESA opp testsatellitten LISA Pathfinder. Utsettingen er en generalprøve på en ny og avansert teknikk, og blir det vellykket, vil ESA og NASA om noen år sende opp hele tre satellitter som for første gang skal måle gravitasjonsbølgene som sendes ut av svarte hull og dobbeltstjerner.

22. februar 2010 av Helle & Henrik Stub

Nå starter jakten på gravitasjonsbølger for alvor. Europa og USA samarbeider om et ambisiøst prosjekt som skal gjøre det mulig å finne gravitasjonsbølger helt fra universets fjerneste strøk til dobbeltstjerner i vår egen Melkevei. Prosjektet heter LISA (Laser Interferometer Space Antenna) og omfatter utsetting av en testsatellitt i 2011 og tre litt større noen år senere.

Hele ideen bak LISA kan føres tilbake til Einsteins relativitetsteori, som hevder at et legeme som akselererer, vil sende ut gravitasjonsbølger. Prinsippet er det samme som i en radiosender. Når vi får elektroner til å svinge i en antenne ved å snakke inn i en mikrofon, sendes det ut radiobølger som er elektriske og magnetiske felter som svinger.

Firedimensjonal romtid kan sammenlignes med en gummiduk

Likevel er det en fundamental ulikhet mellom radiobølger og gravitasjonsbølger. Radiobølger er svingninger i rommet, mens gravitasjonsbølgene brer seg ved å sette selve rommet i svingninger. I relativitetsteorien snakker vi om en firedimensjonal romtid som på mange måter kan sammenlignes med en gummiduk. Setter vi en masse oppå duken, vil vi få en fordypning som avhenger av massens størrelse. Hvis massen nå settes i svingninger, vil bevegelsen forplante seg til gummiduken i form av en bølge – som tilsvarer at selve romtiden deformeres.

En slik gravitasjonsbølge kan ikke unngå å påvirke alt på sin vei, for når selve rommet deformeres, endres også avstanden mellom legemer en tanke. En ”tanke” må oppfattes helt bokstavelig, for de beregnede endringene er så små at de nærmer seg grensen for det målbare.

Satellittene duver på romtiden

Nå har den europeiske romfartsorganisasjonen ESA i samarbeid med NASA latt seg utfordre. Man vil prøve å fange opp gravitasjonsbølgene ved å måle hvordan de kan påvirke avstanden mellom tre satellitter som går i tett og presis formasjon. Om en gravitasjonsbølge passerer gjennom solsystemet, vil satellittene duve på romtiden som korker på et hav. Et avansert lasersystem skal måle hvordan den innbyrdes avstanden mellom de tre satellittene forandrer seg.

Prinsippet er enkelt, men det representerer voldsomme tekniske utfordringer. Derfor tar man ett skritt om gangen. Det første tar ESA med oppskytingen av LISA Pathfinder som er planlagt satt i bane til våren. LISA Pathfinder er en prøvesatellitt som har til oppgave å teste den nødvendige måleteknikken uten ennå å måle gravitasjonsbølger.

Mikroraketter gir satellitten presisjonsstyring

Pathfinder er en 420 kilo tung satellitt som innvendig har to små terninger av platina og gull, som har en sidelengde på 46 mm og er montert i separate vakuumkamre. Dessuten er satellitten utstyrt med et sett mikroraketter som virker ved at de slynger ut små dråper væske. Rakettene er uhyre svake, men kan til gjengjeld justere satellittens posisjon med en presisjon tilsvarende én nanometer. Tanken bak testen er å skape en såkalt ”drag free” satellitt som beveger seg som et resultat av gravitasjonen og ikke noe annet. Normalt påvirkes en satellitt av bl.a. solvinden, sollysets strålingstrykk og variasjonene i Solens magnetfelt.

Man vil ofte overse slike små påvirkninger, men de er store nok til å utydeliggjøre virkningen av en gravitasjonsbølge.

Det man nå gjør, er å holde de to terningene nøyaktig midt inne i vakuumkammeret. Terningene er skjermet mot all ekstern påvirkning og følger derfor en bane definert bare av gravitasjonskraften. Selv det minste avvik i terningenes posisjon får mikrorakettene til å starte og bevege på satellitten helt til terningene er tilbake på plass i sentrum. Ved hele tiden å justere satellitten i takt med de eksterne påvirkningene oppnår man at satellitten vil følge en bane som gravitasjonskraften alene har bestemt.

Klikk på feltet til høyre og se animasjon av den planlagte LISA-ferden

Bakgrunn

Gravitasjonsbølger får rommet til å svinge

Ifølge Einsteins relativitetsteori vil et legeme som akselererer, sende ut gravitasjonsbølger som brer seg ved å sette rommet i svingninger. Når rommet deformeres på denne måten, vil avstanden mellom legemer i rommet også variere. Variasjonene er ekstremt små og utelukkende målbare med ytterst fintfølende teknologi.

Gravitasjonsbølger sendes ut blant annet av dobbelte svarte hull, som man ved hjelp av LISA-satellittene vil kunne måle direkte for første gang.

Tema

Les også

Kanskje du er interessert i...

FÅ ILLUSTRERT VITENSKAPS NYHETSBREV

Du får ditt gratis spesialtillegg, Vår Ekstreme Hjerne, til nedlasting straks du har meldt deg på nyhetsbrevet.

Fant du ikke det du lette etter? Søk her: