ASTROD-GW时间迟延干涉

ASTROD-GW (ASTROD [Astrodynamical Space Test of Relativity using Optical Devices] optimized for Gravitation Wave detection)是ASTROD专注于引力波探测的优化方案,组成任务的3个航天器分别位于日地拉格朗日点L3、L4和L5点附近,组成臂长为2.6× 108 km的干涉阵列.根据优化得到的ASTROD-GW 20 yr任务轨道,利用CGC2.7 (CGC:Center for Gravitation and Cosmology)星历,采用适当数值计算的方法,对引力波探测中所用到的时间迟延干涉路径进行分析和计算.     

行星际电子及重核对ASTROD Ⅰ测试质量充电过程模拟的研究

在LISA,ASTROD I和ASTROD之类用于探讨引力波天文、天文动力学和相对论测试的深空激光探测计划中,暴露在空间粒子环境中的无拖曳测试质量将会受各种带电粒子的影响而带电,引起库伦力和洛伦兹力干扰,从而影响实验数据的精度.在先前的工作中,已用GEANT4工具包模拟了银河宇宙射线中质子和氦核以及太阳高能粒子事件对测试质量的充电过程.文章里,参数化了行星际电子和主要种类的重核,并模拟了由测试质量块在行星际电子和C,H,O等重核环境中的充电速率.行星际电子源主要是木星和银河,而重核主要来自于银河宇宙射线.经过模拟计算, ASTROD Ⅰ测试质量由行星际电子引起的充电速率大约是行星际质子在太阳活动最小值时的9%,在太阳活动最大值时的28%.行星际重核相对于行星际质子在太阳活动最小值和最大值时的贡献分别约是0.83%和1.64%.     

世界引力波探测网的现状

引力波是广义相对论的重要推论之一,迄今为止尚未被直接探测到。上世纪末共振棒引力波探测网曾联合运行.历经十余年的努力,世界激光干涉引力波探测网已经初步形成。今后一、两年将会同步运行。最新的关于中子双星的天文观测和分析给引力波探测带来了希望。     

引力波数据分析

以引力波探测为基础的引力波天文学是一门正在崛起的新兴交叉学科,它是继以电磁辐射为探测手段的传统天文学之后,人类观测宇宙的一个新窗口,对研究宇宙的起源和演化,拓展天文学的研究领域都有极其重要的意义。激光干涉引力波探测器的出现,更开辟了引力波探测的新纪元。引力波数据处理与分析已在世界各地迅速发展起来,为引力波天文学的研究提供了锐利的武器。系统地介绍了引力波数据分析中常用的工具软件,详细讨论了时间-频率分析、复合分析法、脉冲星计时分析法、匹配过滤器、模板、χ~2检验、蒙特卡罗模拟等引力波数据分析中使用的基本方法。     

时空的圆舞曲引力波

2015年9月14日,美国激光干涉引力波天文台(LIGO)捕捉到了距离地球13亿光年外的一对双黑洞并合产生的引力波信号(GW150914)。经过长达数月的数据分析,LIGO团队确证了激光干涉仪在该引力波信号穿过时产生的大约是一亿亿分之一厘米尺度的振荡变化,并于2016年2月11日对外公布了这项惊人发现。这是人类首次直接探测到爱因斯坦广义相对论预言的引力波信号,并证实了双黑洞的存在。引力波探测器为探测宇宙提供了不同于电磁波(光)的全新方法,现在我们不仅能用望远镜“看”缤纷多彩的宇宙,还能用引力波探测器“听”波澜壮阔的宇宙。2017年的诺贝尔物理学奖也因此颁给了对引力波探测作出杰出贡献的三位物理学家:雷纳·韦斯(Rainer Weiss)、基普·索恩(Kip Stephen Thorne)和巴里·巴里什(Barry Clark Barish)。     

任务轨道设计

本文首先说明太空任务与轨道设计的关系 ,接着介绍轨道的基本性质。从地球重力势的观点看各种常用的绕地轨道 ,包括地球和太阳同步轨道及Molniya轨道。从扰动的观点看常用的星际轨道 ,包括LISA、ASTROD、SOHO轨道。最后对星际轨道设计 ,说明二点边界值问题的数值解法、飞掠星体的应用、最佳化的考虑 ,并用以设计 2 0 1 5年发射的ASTROD初步任务轨道。     

小型激光天文动力学空间计划概念

小型激光天文动力学空间计划是 :使用在太阳轨道上无拖曳航天器和地面站以激光干涉和脉冲测距的方法 ,精确地探讨天文动力学 ,检测相对论与时空基本定律 ,改进探测引力波的灵敏度以及更准确地测定太阳、行星和小行星的参数。 1 969年开始的月球激光 (反射 )测距 ,对地球物理、参考坐标的选定、相对论的检验均有重要的贡献。 3 0年来 ,激光技术的长足进步 ,使现在正是适合于开始进行研究空间有源 (主动 )测距和光波空间通讯的时候。激光天文动力学的兴起是必然的趋势 ,其精确度将比现在提高 3到 6个数量级 ,将是天文动力学革命性的发展。小型激光天文动力学空间计划可以起到带头作用。它的关键技术有三 ,即 :弱光锁相、极精确无拖曳航天和高衰减日冕仪。弱光锁相已有长足的进步。对高衰减日冕仪的研究 ,也有了初步的方案。LISA空间计划将于 2 0 0 6年 8月发射SMART -2 ,研究测试极精确无拖曳航天。小型激光天文动力学空间计划的关键技术已日趋成熟。在第一届国际激光天文动力学研讨会 ( 2 0 0 1 ,9.1 3 -2 3 )中介绍了各相关学科背景及前沿研究 ,讨论了激光天文动力学空间计划科学目标及相关技术 ,并召开了两次小型激光天文动力学空间计划预研究筹备会 ,建立了和欧洲的合作关系。会后着手进行此项对基础     

相对论自旋动力学系统的数值研究

<正>自旋致密双星是宇宙中的重要研究对象.其中,由恒星级致密天体绕转超大质量黑洞构成的极端质量比旋进系统(EMRIs)是美国宇航局LISA引力波探测计划的首选目标源之一,对其研究和观测不仅可以直接检验广义相对论的引力波预言,测量中央黑洞的质量和自旋,还可以揭示黑洞视界附近的基本物理性质,具有重要的物理和天体物理意义.     

ASTROD 1中的望远镜前指量研究

单航天器激光天文动力学空间计划ASTROD1是激光天文动力学ASTROD的第一步,通过发射绕太阳的无拖曳航天器,并且当航天器处于太阳背面附近时,与地面站进行深空激光测距,以执行科学任务。该文计算了ASTROD12015年的轨道、提出了判断轨道精度是否满足任务需要的方法、分析了地球和航天器的位置同望远镜前指量之间的关系并且给出了望远镜前指量的结果。     

激光干涉仪引力波探测器

引力波的存在是爱因斯坦在广义相对论中提出的一个重要预言,引力波探测是当代物理学最重要的前沿领域之一。经过近半个世纪的艰苦努力,随着几个大型激光干涉仪引力波探测器在21世纪初的出现并于近几年达到前所未有的灵敏度,引力波探测进入了一个崭新的时代。人类有望在第二代地基激光干涉仪引力波探测器开始科学运行(约2015年)之后的几年内,不仅可以直接探测到引力波,更将打开一扇观测宇宙的新窗口。引力波探测也将成为继电磁辐射、宇宙线和中微子之后,人类探索宇宙奥秘的又一重要手段。介绍了激光干涉仪引力波探测器的性能和工作原理,详细分析了其关键部件,如:迈克尔孙干涉仪、法布里–珀罗腔、功率循环系统、激光器、清模器、倒摆、单体几何反弹簧过滤器、真空系统等的结构、性能和工艺特点,展望了其广阔的发展前景。