昼夜监听.doc

昼夜监听光学望远镜是瞄准特定天体共有选择地捕捉光波，而引力望远镜则不同，它将同时监测宇宙中所有的引力波源，因此必需对收到的信号进行认真细致的分析，以区别它们不同的来源。贾佐托说：“室女座将会昼夜不停地收集信息，并能得到数量众多，令人震惊的数据。这就需要有高性能的计算机去处理和分析这些数据。天文学家们已经研究了在我们银河系中的大约700个潜在的引力波源，这些信息将帮助我们识别出一部分信号。”事实上，“室女座”的所在地将设一个设备完善的计算中心，以便实时分析处理信息，而有关的差异现象的数据将在意大利国家核物理研究所和法国国家科研中心的实验室里去分析处理。在未来，当全世界的引力波探测器都可以通过网络相互交换数据时，对同一信号由不同手段所进行的对比研究将会使人们更容易地识别出那种使时空发生振颤的神秘的引力波。人们最早研制的引力波探测器是棒状结构的。因为引力波通过时空间会发生变形便构成物质的原子像弹簧那样振动，所以物理学家们利用这一现象研制成许多棒状探测器。为了探测到引力波引起的振动就得将掩盖了这种振动的原子热扰动减到最低，棒被浸入液氦中保持在低于绝对温度4度的条件下。为了隔绝地面的震动干扰装置使用尖端悬挂技术与地面隔离。目前在世界上投入运转的棒状探测器有5个，意大利有2个。另外3个分别在瑞士的日内瓦、美国的巴吞鲁日和澳大利亚的珀斯。棒状探测器是体积很小的仪器，长度只有3米。如果同引力波干涉天线相比的话，其建造和管理费用是很低的。但这种设备的灵敏度很低，因为它们对引力波频率最灵敏区间为50900赫兹，而“室女座”的探测范围是106000赫兹。宇宙中的引力波源所有加速运动的物体都能辐射出引力波但在多数情况下引力波强度非常弱任何工具都难以检测到。唯一还算得上较强的引力波源是由宇宙中的灾变事件产生的如超新星爆发或者两颗中子星的相撞等。中子星的质量与太阳差不多但直径却只有几公里。在银河系中存在有很多由一对中子星构成的系统这些中子星围绕着共同的引力中心运转并越来越靠近直到撞到一起。在这个过程中它们运转的速度逐渐增大并辐射出比较强的引力波。当一个巨大的物体被黑洞吞噬时也会发生类似现象。最后宇宙仍然充满了由大爆炸产生的原始引力波。如果科学家能够捕捉到它们并对其加以分析就有可能验证超弦理论的有效性。这个理论认为我们已认识的所有粒子都是由微小的弦振动产生的。用激光和镜子捕捉引力波任何有质量的物体，不管它是恒星还是一个乒乓球，周围都存在引力场。当物体静止不动或者匀速运动时引力场是稳定的。如果有作用力施加到物体上将会改变物体的运动状态比如球与球拍相撞，这时物体周围的引力场就会受到扰动，这种扰动就会以波的形态传播开来就像往平静的池塘水面投进一块石头一样。当引为波经过时，时空结构就会发生变形：收缩或扩张。任何两个物体之间的距离在很短的时间内会变小或增大，但这种变化是很小的。一次超新星爆发产生的引力波在通过像太阳与地球那样的距离的两个物体时引起的两个物体间的距离变化只相当于一个原子直径的大小。要测量这样微小的量就需要有特别精确灵敏的工具比如像室女座引力波干涉天线那样的探测设备。室女座由两条各长3公里的金属导管构成的巨型结构，两条导管垂直相汇于一端。在两条导管相汇处的金属塔中一束激光被一面半透镜一分为二，每一束激光都分别进入一个导管射向另一端，在那里被一面反射镜反射回来，然后又被这一端的反射镜反射回去。最终两束激光回到金属塔中被合并到一起。两束激光重叠后的强度取决于两束激光中的每一束光从被分开到重新汇合期间通过的路径长度。如果一个引力波撞到了“室女座并引起两翼中的一翼的长度发生变化那么重叠的光强度就发生变化，这个变化会被计算机记录下来。在这个结构中反射镜的位置是按以下的原则确定的：当两束激光汇合时正好使它们的相位相反，从而相互抵消呈现黑暗。而一旦出现光信号就表明有引力波通过。由于光束经过的路径越长，引力波产生的效应越大所以激光束在室女座内反射几十次。这种使光线来回反射的装置叫法布里珀罗干涉腔。激光束在其中反射几十次，直到实际路程达到120公里。