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激光干涉引力波天文台

激光干涉引力波天文台（英语：Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory，缩写：LIGO）是探测引力波的一个大规模物理实验和天文观测台。1992年，由加州理工学院的物理学家基普·索恩和朗纳·德瑞福，与麻省理工学院的莱纳·魏斯共同创建，“激光干涉引力波天文台”（LIGO）是麻省理工学院与加州理工学院和其他院校等的科学家们的一个联合项目。参与该项目的科学家们和引力波天文学中的数据分析是被LIGO科学协作（英语：LIGO Scientific Collaboration）计划所组织，其中包括全球900多个科学家，以及44000名活跃在Einstein@Home的用户。LIGO是由美国国家科学基金会（NSF）资助，并由英国科学与技术设施委员会（英语：Science and Technology Facilities Council），德国马克斯普朗克学会和澳大利亚研究理事会（英语：Australian Research Council）做出了重要贡献。到2015年9月中旬，“世界上最大的引力波设施”已完成了5年2亿美元的检修...

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激光干涉引力波天文台

构造探测器采用迈克耳孙干涉仪和法布里－珀罗干涉仪的原理（吉莱-图努瓦干涉反射镜（英语：Gires–Tournoisetalon）），主要部分是两个互相垂直的长臂，每个臂长4,000米（13,000英尺），臂的末端悬挂着反射镜。管道采用不锈钢制成，直径1.2米（3英尺11英寸），内部真空度为10大气压。大功率的激光束在臂中来回反射大约50次，使等效臂长大大增加，形成干涉条纹。引力波会造成光程差发生变化，导致干涉条纹发生移动。历史LIGO汉福德探测器的北侧干涉臂引力波是爱因斯坦的广义相对论预言的一种时空波动，激光干涉引力波天文台设计目标是检测密近双星、超新星爆发、致密星的合并、宇宙弦、黑洞、中子星等天体物理过程中产生的引力波。20世纪60年代，美国科学家约瑟夫·韦伯建造了铝制的棒状引力波探测器，试图用共振（谐振）原理探测引力波，后来世界各国又陆续建造了一些棒状探测器，但是效果并不理想。1970...

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引力波

概述宇宙的历史。根据推测，大爆炸刚发生后的超光速暴涨过程产生了引力波。爱因斯坦广义相对论所描述的引力，是时空曲率所产生的一种现象。质量可以导致这种曲率。当物质在时空中运动时，附近的曲率就会随之改变。大质量物体运动时所产生的曲率变化会以光速像波一样向外传播。这一传播现象就是引力波。当引力波通过远处的观测者时，观测者会发现时空被扭曲了。两个自由物体之间的距离会有节奏地波动，频率与引力波相同。然而，在这一过程中，这两个自由物体并没有受力，坐标位置也没有变化；改变的，是时空坐标本身的距离。在观测者处的引力波强度和与波源间的距离呈反比。根据预测，螺旋形靠近的中子双星系统由于质量高、加速度高，因此在合并时会发射出强大的引力波。但是因为天文距离尺度之大，就算是最激烈的事件所产生的引力波，在到达地球后效应已变得极低，其应变的数量级低于10。为了探测到这种细微的变化，科学家不断增加探测器的灵敏度。截至201...

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引力波天文学

特点与基于电磁波观测的传统观测天文学不同，引力波天文学具有如下特点：引力波直接联系着波源整体的宏观运动，而非如电磁波那样来自单个原子或电子的运动的叠加，因此引力辐射所揭示的信息与电磁辐射观测到的完全不同。例如对一个双星系统观测到的引力波的偏振揭示了其双星轨道的倾斜度，这类关于波源运动的宏观信息通常无法从电磁辐射观测中取得。如果比较波长与波源尺寸的关系，宇宙间的引力波并不像电磁波那样波长比波源尺寸小很多，这使得引力波天文学通常不能像电磁波天文学那样对波源进行拍照成相，而是类似声波直接从波形分析波源的性质。大多数引力波源很难或根本无法通过电磁辐射直接观测到（例如黑洞），这个事实反过来也成立；考虑到现在一般认为宇宙间不发射任何电磁波的暗物质所占比例要远大于发射电磁波的已知物质，暗物质与外界的唯一相互作用即是引力相互作用，引力波天文学对这些暗物质的观测具有重要意义。引力波与物质的相互作用非常弱，在...

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激光干涉空间天线

LISA结构LISA工作布局LISA由三个相同的航天器构成为一个边长为五百万千米的等边三角形，即每两个航天器之间的夹角为60°。LISA将采用的是与地球相同的日心轨道，并且LISA与太阳的连线，和地球与太阳的连线之间的夹角为20°，这种设计是为了尽可能减少地球引力造成的影响。在每一个航天器上都有两个完全相同的光学台，包含有激光光源、光学分束器、光检测器、光学镜组等组成干涉仪的光学器件，以及一系列进行数字信号处理的电子器件。由于每两个航天器之间的夹角为60°，每个航天器上的每一个光学台都会和相邻的航天器上的光学台发生干涉，激光走完这段航天器间隔的距离需要约16秒。在每个干涉仪的后面安置有一个作为“测试质量”的合金立方体（75%金和25%铂），其中一个表面被打磨成光滑的平面镜用来反射激光。理论上如果有引力波扫过测试质量，其位置的微小改变会引起干涉信号，即激光相位的改变，从这种相位变化即可推导出...

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干涉

干涉的条件两列波在同一介质中传播发生重叠时，重叠范围内介质的质点同时受到两个波的作用。若波的振幅不大，此时重叠范围内介质质点的振动位移等于各别波动所造成位移的矢量和，这称为波的叠加原理。若两波的波峰（或波谷）同时抵达同一地点，称两波在该点同相，干涉波会产生最大的振幅，称为相长干涉（建设性干涉）；若两波之一的波峰与另一波的波谷同时抵达同一地点，称两波在该点反相，干涉波会产生最小的振幅，称为相消干涉（摧毁性干涉）。激光的产生机理是受激辐射，它决定了激光本身即具有非常优秀的相干性。理论上，两列无限长的单色波的叠加总是能产生干涉，但实际物理模型中产生的波列不可能是无限长的，并从波产生的微观机理来看，波的振幅和相位都存在有随机涨落，从而现实中不存在严格意义的单色波。例如太阳所发出的光波出自于光球层的电子与氢原子的相互作用，每一次作用的时间都在10秒的数量级，则对于两次发生时间间隔较远所产生的波列而言...

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引力波望远镜

干涉仪

引力波探测器