Superpřesné měření pro hledání gravitačních vln

O některých kosmických sondách se píší články skoro samy a lidé velmi snadno pochopí účel té které družice či vozítka. Stačí říct, že Curiosity pátrá na Marsu po důkazech, zda tu dříve byly podmínky vhodné pro život, nebo že sonda Rosetta  prozkoumává kometu 67P, aby zjistila, jak vypadal nepřetvořený materiál z doby, kdy se tvořila Sluneční soustava, a čtenář má jasno. Jenže co když nás čeká sonda, která má pomoci prozkoumat gravitační vlny? To jde o poznání složitěji, ale i přesto se o to v dnešním článku pokusíme.

Začněme nejdříve gravitačními vlnami. S jejich definicí přišel už v roce 1915 Albert Einstein, když světu představil obecnou teorii relativity. Einstein tehdy přišel s myšlenkou, že prostor a čas jsou spojeny v jeden celek nazývaný časoprostor, který je možné deformovat. V rámci zjednodušení se často používá přirovnání k pružné látce, která se prohne, pokud na ni položíme těžší objekt. Čím více je těleso hmotné, tím více se časoprostor zakřivuje.

2D simulace gravitačních vlnJenže gravitační vlny počítají s něčím trochu jiným. Pokud bychom hodili do vody kámen, rozběhnou se od místa dopadu do okolí vlny. Něco podobného platí i ve vesmíru. Mimořádně energické procesy jako jsou třeba výbuchy supernov, nebo kolize černých děr, mohou také způsobit vlnění. Jen s tím rozdílem – a tady to začíná být trochu složité – se vlny nepřenáší pohybem částic (jako když hodíme kámen do vody), ale vlní se sám časoprostor.

Jak ale můžeme něco takového zkoumat? Stručně řečeno „Velmi složitě“. Ještě nikdy jsme gravitační vlny nepozorovali přímo. Za pozorování jejich nepřímých projevů dostali  Russell Alan Hulse a Joseph Hooton Taylor, Jr. v roce 1993  Nobelovu cenu. Evropská kosmická agentura však přišla už před několika lety se smělým návrhem na družici, která by měla za úkol přímé potvrzení gravitačních vln. Projekt dostal název LISA.

Vizualizace projektu LISA

Vizualizace projektu LISA
Zdroj: https://physicsforme.files.wordpress.com

LISA počítá s tím, že by do vesmíru vyslala trojici sond, které by vůči sobě zaujaly formaci rovnostranného trojúhelníku o délce strany v řádu milionů kilometrů. O „spojení“ sond by se staraly laserové paprsky. K vypuštění celé trojice by mělo dojít snad až v roce 2034, protože jde o mimořádně technologicky náročnou misi, pro kterou je potřeba řadu systémů vymyslet a následně důkladně otestovat. Právě ke zkoušce základních systémů bude sloužit sonda LISA Pathfinder.

V těchto dnech dokončují technici ve společnosti iABG, jež sídlí u Mnichova letový exemplář sondy, který se už brzy vydá na kosmodrom v Kourou. Odsud by jej měla evropská raketa Vega vynést na podzim letošního roku na oběžnou dráhu. LISA Pathfinder potřebuje ke svému účelu co možná nejstabilnější gravitační pole (o tom si řekneme více na dalších řádcích), zamíří proto do prvního libračního centra soustavy Slunce – Země, které je od naší planety milion a půl kilometru daleko.

Kolem tohoto bodu bude sonda kroužit po speciální oběžné dráze, aby mohla co nejlépe plnit své úkoly. Srdcem sondy jsou dva krychlové bloky slitiny zlata a platiny o přesně známé váze. Samotná sonda je jen jakýmsi kontejnerem, který tyto bloky obklopuje, ale přitom se tyto krychle nedotýkají jejích stěn. Svým způsobem se dá říci, že kovové krychle jsou uvedeny do stavu téměř ideálního, permanentního volného pádu. Na krychle budou mířit sestavy laserů, které budou mít za úkol měřit i ty nejmenší pohyby, jaké masa kovu vykoná. Sonda samotná navíc bude krychle chránit před různými okolními silami, které by mohly ovlivnit výsledky tohoto superpřesného měření.

Od Pathfinderu se neočekává, že by přímo objevil gravitační vlny – to bude úkol až pro projekt LISA. Ale aktuální mise pro ni otestuje klíčové technologie a kromě jiného bude mít i vědecké využití. Odborníci plánují využít superpřesného měření k mnoha experimentům, které souvisí s Einsteinovým chápáním časoprostoru, včetně pokusů s mimořádně podrobným zkoumáním geodetiky v obecné relativitě.

Lisa Pathfinder ve vakuové komoře

Lisa Pathfinder ve vakuové komoře
Zdroj: https://www.stream.cz/

Evropa tak opět dokazuje, že se nebojí vstoupit na cestu, po které ještě nikdo nekráčel. Pokud bude sonda pracovat správně, slibují si od toho vědci velký posun v našem chápání vesmíru. Bez přehánění hovoří o tom, že úspěšná detekce gravitačních vln by doslova otevřela nové dveře výzkumu. Náklady na misi LISA Pathfinder se přitom odhadují jen na 400 milionů Euro.

Obecně vzato mají u čtenářů vždy větší úspěch sondy, které fotí. Protože ať se nám to líbí nebo ne, vizuální stránka „prodává“. Tím pádem jsou do pozadí odsunuté mise, které dělají užitečnou práci, jen se nemohou pochlubit krásnými fotkami, protože jejich úkoly jsou jiné. LISA Pathfinder je jednou z nich. Zcela jistě se o ní bude i po vypuštění psát jen zřídka. Prvovýzkum, na který bude sonda zaměřená, je pro vědce mimořádně důležitý, protože otevírá dveře k novým možnostem zkoumání okolního světa, ale na druhé straně s sebou nese nevýhodu, že se naměřená data velmi špatně interpretují veřejnosti.

Zdroje informací:
https://www.youtube.com/
https://en.wikipedia.org/
https://en.wikipedia.org/
https://www.youtube.com/

Zdroje obrázků:
http://www.asi.it/…/images/multimedia/fotogallery/665x358_lisa_0.jpg
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b8/Wavy.gif
https://physicsforme.files.wordpress.com/2012/05/lisa.jpg
https://www.elisascience.org/files/imagecache/fullview/images/lisa-pathfinder-iabg.jpg

Pin It
Nahlásit chybu

Hlášení chyb a nepřesnostíClose

GD Star Rating
loading...
Níže můžete zanechat svůj komentář.

Více se o tomto tématu dočtete zde »
(odkaz vede na příslušné vlákno diskuzního fóra www.kosmonautix.cz)


16 komentářů ke článku “Superpřesné měření pro hledání gravitačních vln”

  1. roman hronza napsal:

    Tak „Líza“ vypadá jako hodně zajímavý projekt. Pochopení gravitace a užití výsledků jejího poznání v kosmonautice by mohlo mít dalekosáhlé důsledky (například nahradit u raketových nosičů současnou dobu chemickou čímsi…)

  2. Spytihněv Čumpelík napsal:

    Na jednom místě mícháte dohromady kvádry a krychle. Bé je správně. Měly by to být malé krychličky o hraně 4,6 cm ve vzájemné vzdálenosti 35 cm. Jsem moc zvědav, co kromě zkoušky technologie tento experiment přinese.

    Pokud jde o samotnou misi NGO (nebo eLISA), tak tam je realizace v nedohlednu (v té době bych mohl odcházet do důchodu) a přitom už teď došlo k její redukci. Nejprve tam mělo být sond šest. Pak se to zkrouhlo na tři (rovnostranný trojúhelník o straně 5 mil. km a všechny tři sondy zcela rovnocenné). Současná představa (po odstoupení NASA) je 1mil. km a komunikace bude probíhat jen mezi mateřskou sondou ve vrcholu trojúhelníku a dalšími dvěma na koncích ramen, které však již mezi sebou navzájem komunikovat nebudou. A nebudou to žádní drobečči. Všechny tři dohromady by měly mít hmotnost 5,3 tuny. No ale jak říkám, je to hrozně daleko a navíc ten rok 2034 beru jen jako velmi hrubý nástřel. Vždyť víme jak to chodí. 🙂

    • Tomáš Kohout napsal:

      Opraveno a díky za doplňující informace.

    • Dušan Majer napsal:

      Jen taková malá drobnost – my jsme se učili, že krychle je speciálním druhem kvádru. A stejně jako můžeme škodovce říkat auto, tak můžeme krychli nazývat kvádrem, protože do této kategorie patří – byť má jistá specifika. Ale to je drobnost. Díky moc za doplnění. 😉

      • Spytihněv Čumpelík napsal:

        Pohledem do wiki jsem zjistil, že máte pravdu. Buď jsem chyběl nebo nedával pozor a nebo mi to vůbec neřekli. Ale stejně, já jako zástupce lidu prostého vnímám krychli jako pravidelnou kostku a kvádr třeba jako tatranku. Napíšu slovo „krychle“ a je jasno. Pokud tutéž kostku nazvu kvádrem, tak pro upřesnění musím ještě nutně něco dodat.

        • Dušan Majer napsal:

          Máte pravdu, já pro záměnu sáhl proto, že jsem se chtěl vyhnout opakování stejného slova – na začátku jsem uvedl, že jde o krychle, tak jsem si myslel, že v dalším textu už mohu použít kvádr bez upřesnění. 😉

  3. Spytihněv Čumpelík napsal:

    Nemáte představu, proč právě do L1? Má to vědecký nebo jen nějaký praktický význam? V L1 tím pádem bude pět sond a v L2 jen jediná. Takže v rámci vyváženosti…. 🙂

  4. gg napsal:

    „LISA počítá s tím, že by do vesmíru vyslala trojici sond, které by vůči sobě zaujaly formaci rovnostranného trojúhelníku o délce strany v řádu milionů kilometrů. O „spojení“ sond by se staraly laserové paprsky. K vypuštění celé trojice by mělo dojít snad až v roce 2034, protože jde o mimořádně technologicky náročnou misi, pro kterou je potřeba řadu systémů vymyslet a následně důkladně otestovat.“

    Projekt také vzhledem ke svému rozsahu pravděpodobně bude stát desítky až stovky tisíc ningi. 😉

  5. Petr napsal:

    Nechci být kverulant ale … 🙂
    Přiznám se, že jsem se ještě nesetkal s pojmem „geodezie v obecné relativitě“ (a zdá se, že „strejda google“ taky ne). Podle mého slovníku cizích slov a „tety wiky“: geodezie = zeměměřičství (v angličtině geodesy). Nicméně, vím co je to „geodetika“: nejkratší spojnice dvou bodů (na zakřivené ploše), geodetická křivka (v angličtině geodesic, mn.č. geodesics – is defined to be a curve …).
    Ve vámi uváděném anglickém odkazu pro OTR se píše:“… a freely moving or falling particle always moves along a geodesic“ – viz “ … v zakřiveném časoprostoru se tělesa pohybují po nejrovnějších možných drahách (geodetikách)…“ http://www.aldebaran.cz/astrofyzika/gravitace/otr.html

    Myslím, že překlad „Geodesics in general relativity“ by měl znít „geodetiky v obecné relativitě“.

    Možná se mýlím, rád se nechám poučit od zkušenějších.
    Prosím neberte to negativně. Díky za hezký članek (a nejen za tento) :-).

  6. edemski napsal:

    Dugi, možná by to chtělo o LISA trochu upřesnit. LISA byla společná „akce“ USA a ESA, měla mít rameno 5mil km a měly mířit laserem každá na každou. Jenže USA z této spolupráce jednostranně vystoupili 8. 4. 2011. ESA to vzala na sebe a přeměnila na Evolved Laser Interferometer Space Antenna (eLISA). Ramena budou 1mil km a laser bude jen z jedné na ty dvě. Holt šetříme 🙁

Zanechte komentář