Jak jsme Vás již před několika dny informovali prostřednictvím krátkých zpráv, Evropská kosmická agentura nyní již oficiálně vybrala třetí misi, která patří v rámci programu Cosmic Vision do kategorie velkých projektů. Nejde o nic menšího, než o projekt se zkratkou LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Tato mise bude tvořena trojicí sond, které budou společně pátrat po gravitačních vlnách ve vesmíru. Tato oblast je velmi atraktivní a její koncepty dlouhodobě nestudují jen evropští vědci, ale i jejich kolegové z USA.

ESA oznámila výběr mise LISA 20. června s tím, že rozhodně nemůžeme čekat, že by se hned začalo se stavbou. Celý projekt čekají nejprve návrhové studie a finanční analýzy – pak teprve bude možné sáhnout k výrobě hardwaru. Jelikož jde o misi, která balancuje na hranici současných technologických možností, je jasné, že specialisty nečeká nic jednoduchého. Ke startu by mělo dojít v roce 2034, přičemž NASA již avizovala zájem stát se partnerem ESA v otázce návrhu, vývoje, provozu a analýzy dat z této mise.

Gravitační vlny předpověděl už před sto lety Albert Einstein v rámci obecné teorie relativity. Masivní objekty, které se rychle pohybují – například srážející se černé díry – vytvářejí energetické vlny, které rozvlní pomyslná vlákna časoprostoru. Nepřímá pozorování tohoto fenoménu přišla už v roce 1978 při sledování pohybu neutronových hvězd, přičemž systém ztrácel energii, jejíž množství odpovídalo tomu, které bylo ve shodě s tím, kolik měly podle výpočtů odnášet gravitační vlny.

V roce 2015 byly gravitační vlny detekovány poprvé přímo. Postarala se o to pozemní observatoř LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) a tehdy šlo o důsledek sloučení dvou černých děr vzdálených od nás 1,3 miliardy světelných let. Od té doby se podařilo měření zopakovat i u jiné kolize černých děr. Ovšem pozemní laboratoře mají své limity, které se nedají obejít. Jde o problémy rázu seismického, nebo tepelného, ale komplikace působí i zdroje jakéhokoliv zvuku. Pozemní observatoře proto hledají jen gravitační vlny na vyšších frekvencích okolo 100 hertzů.

Na to, abychom mohli vystopovat stopy ještě energičtějších jevů, jako je spojování supermasivních černých děr v kolidujících galaxiích, musíme hledat ve frekvencích nižších než 1 hertz. Takovou možnost však máme pouze ve vesmíru. Projekt LISA má tvořit trojice družic, které se rozloží do trojúhelníkové formace, přičemž délka strany bude 2,5 milionu kilometrů. Tento obří trojúhelník bude obíhat kolem Slunce po stejné dráze, po které krouží Země. Každá družice bude mít na své palubě hmotné závaží, které bude odstíněno od všech vnějších vlivů, takže jedinou silou, která jej může ovlivnit, bude gravitace.

Každá sonda bude svítit laserem na závaží svých kolegyň a drobné změny ve vzdálenosti jednotlivých dvou družic bude znamenat, že formací prošla gravitační vlna. LISA díky tomu má být dostatečně citlivá na to, aby zachytila gravitační vlny slučujících se černých děr, z nichž každá má hmotnost milionů i více Sluncí. Poradí si i s gravitačními vlnami, které vznikají v duálních systémech, kde se nachází neutronová hvězda, nebo černá díra. A vědci věří, že by tahle mise mohla detekovat i slabé gravitační vlny vzniklé v prvních okamžicích existence vesmíru.

NASA se už několik desítek let snaží vyvinout vlastní technologie pro hledání gravitačních vln včetně měřící techniky, mikropulsních pohonů, ale i na poli vývoje analýzy dat. I sám projekt LISA je již poměrně starý a spolupráce NASA a ESA se objevuje již poněkolikáté. NASA z původního projektu ustoupila a ESA proto vyvíjela vlastní program. Gravitační vlny jsou ale pro Američany velmi lukrativním tématem a po úspěšné přímé detekci se mezi odbornou veřejností stále častěji hovořilo o tom, že Američané si nebudou chtít nechat ujet vlak.

Například společná americko-německá mise GRACE-FO, která má nahradit dosluhující projekt GRACE (měření rozdílů v zemské gravitaci) má startovat na konci letošního roku. Na své palubě ponese laserový měřící systém, který využívá technologií vyvinutých právě pro projekt kosmické observatoře gravitačních vln. Zařízení Laser Ranging Interferometer bude sledovat změny vzdálenosti mezi dvěma sondami s dosud nevídanou přesností a vůbec poprvé dojde k otestování této technologie ve vesmíru.

Velmi solidním základním kamenem je mise LISA Pathfinder vypuštěná v roce 2016. Ta měla otestovat některé technologie pro chystanou misi LISA a po několika měsících se ukázalo, že si vede lépe než skvěle. Testovala třeba schopnosti neskutečně jemného manévrování kolem testovacího závaží – v prvních dvou měsících mise se podařilo dosáhnout 5× lepší přesnosti, než bylo požadováno a ještě později bylo dosaženo přesnosti, která bude potřebná u skutečné velké observatoře. Na palubě tohoto evropského technologického demonstrátoru najdeme i experiment ST7 Disturbance Reduction System, který spravuje americká JPL sídlící v kalifornské Pasadeně.

Rok 2034 je sice velmi daleko, ale mise je natolik složitá, že se dá tento časový harmonogram pochopit. Přesná stabilizace sondy, která tvoří „obal“ kolem závaží, je sice velmi důležitým prvkem celého systému, ale stále jsou tu další neméně důležité oblasti, kde je potřeba vyvinout komplexní systémy s vysokou přesností a spolehlivostí. Je také dobře, že o tento velmi atraktivní výzkum Spojené státy stále stojí a Evropa může na této spolupráci pouze vydělat.

Zdroje informací:
http://sci.esa.int/
https://www.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
http://sci.esa.int/science-e-media/img/5d/LISA-Constellation-with-Blackhole.jpg
http://sci.esa.int/science-e-media/img/38/ESA_INTEGRAL_MergingBlackHoles.jpg
http://sci.esa.int/science-e-media/img/67/LISA_mother_spacecraft_connected_by_lasers.png
http://www.sr.bham.ac.uk/yr4pasr/project06/GT/images/LISA%20orbit%202.jpg
http://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/graceart.jpg
https://www.elisascience.org/files/imagecache/fullview/images/lisa-pathfinder-iabg.jpg