环境因素

 

为了探测到引力波产生的微弱信号,在引力波探测器中我们运用了各种最尖端的技术。然而,即使我们能造出最好的透镜和激光,探测器仍然不可避免的会受到环境因素的影响,比如我们之前提到的‘地震噪声',还有温度的波动。因此,探测器建造在哪是很关键的。好地点地理上的优势体现在很多环境噪声较小。另外,好地点也可以是该位置的噪声来源相对简单,我们对噪声认识得足够好,然后通过数据分析把这些噪声分离出来,从而提高探测器的灵敏度。

GEO 600 探测器

GEO 600 探测器地址 图片来源:汉诺威爱因斯坦研究所Hannover

比如‘地震噪声’就非常依赖于地理位置,它主要部分来自自然环境引起的地表或地下的运动,像海浪拍打海岸或是地震;同时它还有一部分来自于人类的活动,以及地面上各种机器的运行等等。这些都会产生引力波探测器能‘听’到的振动。

虽然我们的悬架隔振系统从某种层度上有效地隔离了很多环境的噪声,但仍有部分噪声残留。为了最小化环境噪声的影响,我们就得把干涉仪建造在一个地震影响很小或是对其地理情况研究十分清楚的地方。

另外一个有效隔离环境噪声的方法是把光学系统置于真空腔中。理想的真空环境是一个完全不含任何东西的空间,连空气都没有。因此,我们能减少外界环境中嘈杂的声音对干涉仪臂长的影响(因为声音传播需要诸如空气岩石这类介质)。同时,因为高真空系统中空气分子的减少,激光由于被分子散射而造成的光学损耗也减少了。

LIGO 真空系统
LIGO 部分真空腔。图片来源:LIGO 实验室

建造高的真空系统并不是件很容易的事,由于外界的空气压力,真空管道的材料得是十分抗压的金属。另外,我们还需要特殊的泵来把管道中的空气抽掉。

如果单从减小环境噪声的方面考虑,把探测器置于地下是一个很好的选择,如地下煤矿中。地底下的环境非常稳定,比如温度等等,同时,地表越深,地面上的喧闹环境对探测器的影响就越小,这能很大地提高 探测器灵敏度,不过随之而来的是高的造价。

总的来说,我们得非常谨慎地选择实际探测器的地址。好的地理位置才能提供最稳定、最低噪声和最理想的环境。