Свободно падающая испытательная масса, известная как золотой и платиновый куб, расположена внутри космического корабля LISA Pathfinder, похожего на оболочку, и с февраля 2016 года вращается вокруг точки в космосе, называемой Точкой Лагранжа 1 (L1). На L1 гравитационное притяжение Земли и Солнца таково, что объекты около точки совершают орбиты вокруг L1 во многом так же, как спутник вращается вокруг Земли.
Миссия LISA Pathfinder — это решающее испытание систем, которые будут включены в три космических корабля, которые войдут в обсерваторию гравитационных волн космической антенны с лазерным интерферометром (LISA), начало работы которой запланировано на 2034 год. Обсерватория LISA будет следовать по орбите вокруг Солнца, за которым следят пятьдесят миллионов человек. километров от Земли. Каждый космический корабль LISA будет содержать две тестовые массы, подобные той, которая в настоящее время находится в космическом корабле LISA Pathfinder. Исключительный успех миссии LISA Pathfinder — важный шаг на пути к запуску обсерватории LISA.
Чтобы обнаружить гравитационные волны, испытательные массы LISA должны быть защищены от всего, что могло бы их толкнуть в полете. Даже солнечный свет создает силы, которые могут нарушить движение масс настолько, чтобы заглушить сигналы гравитационных волн. Для проверки таких защитных систем космический корабль LISA Pathfinder оснащен набором двигателей, которые удерживают его в правильном положении вокруг свободно падающей испытательной массы. Электроды, расположенные рядом с каждой стороной куба тестовой массы, определяют относительное расположение тестовой массы и космического корабля.
Двигатели срабатывают по мере необходимости, чтобы гарантировать, что космический корабль движется таким образом, чтобы испытательная масса следовала своей орбитальной траектории как можно более спокойно.В миссии обсерватории LISA, запланированной на 2034 год, лазеры будут использоваться для измерения расстояния между тестовыми массами, размещенными в космических кораблях, летящих в треугольной конфигурации со стороной около миллиона километров. Небольшие изменения расстояния между тестовыми массами будут указывать на прохождение гравитационных волн.
Космический корабль LISA Pathfinder содержит вторую испытательную массу, которая вместе с испытательной массой в свободном падении является частью крохотного эквивалента одной ветви треугольной формации LISA. Между массами всего около трети метра, что в миллионы раз меньше для обнаружения гравитационных волн, но жизненно важно для тестирования систем, которые в конечном итоге составят обсерваторию LISA. Эксперимент показал, что относительное движение двух тестовых масс включает в себя ускорения менее одной десятой фемтограммы (десятой миллионной доли миллиардной силы тяжести Земли) в частотных диапазонах, которые будет отслеживать обсерватория LISA, что находится в пределах допустимого диапазона. проектный порог обсерватории.
Даже со сложной системой защиты испытательной массы от паразитных сил космический корабль LISA Pathfinder не защищает ее идеально. Тем не менее, куб эффективно защищен в десятки тысяч раз лучше, чем это было достигнуто в любом предыдущем эксперименте в свободном падении.