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源自遥远太空中的引力波不能在地表及近地空间被探测到

已有 2254 次阅读 2023-4-17 22:56 |个人分类:关于引力波的探测|系统分类:科研笔记

在2015年9月14日，两位美国科学家利用激光干涉仪探测到了源自遥远太空中的引力波，并因此获得诺奖。但我们通过对在其探测中的噪音分析，发现在他们所考虑的噪音中没有包含行星际磁场波动，日冕物质抛射。行星际磁场波动可引发地球大气，电离层，辐射带以及地壳的波动。尤其在他们宣称捕获到引力波的当日，行星际磁场波动强烈。另外，日冕物质抛射直接对引力波探测形成极其强烈的背景噪音，而日冕物质抛射时时发生。因此，由激光干涉仪所探测到的波动信号，不是源自遥远太空中的引力波。

背景

1970年后，来自韦伯的激光干涉引力波探测器开始兴起。随着激光和镜面工艺的进步，这种新型的大型引力波探测器在世界各地甚至计划在空间建造起来，包括：激光干涉引力波天文台（LIGO）、GEO600、TAMA300、VIRGO以及还有美国和欧洲合作计划中的激光干涉空间天线（LISA）等等。截至2012年，最为敏感的探测器位于LIGO和VIRGO天文台，灵敏度高达5×10²²分之一。

迈克耳孙干涉仪应用激光光束来测量两条相垂直的干涉臂的长度差变化，可以说是最直接的引力波探测器。最大的激光干涉引力波天文台LIGO主要由加州理工学院和麻省理工学院负责运行，也是美国国家科学基金会资助的最大科研项目之一。其精确度数量级已经达到10⁻²²。VIRGO位于意大利比萨附近，是一架双臂长度为3千米的地面激光干涉探测器，自2007年起开始进行科学观测，并具有和LIGO相媲美的灵敏度。GEO600位于德国汉诺威，双臂长度为600米，其工作带宽为50赫兹至1.5千赫兹。一个称为Einstein@Home（爱因斯坦在你家）的分布式计算计划使公众能在个人电脑上通过此软件帮助分析LIGO和GEO600所采集的脉冲星数据。

为了避免地球上众多的噪音来源，科学家们想通过人造卫星和航天器以高精度测量引力波。例如，通过监测行星际航天器（如围绕木星和土星的航天器）的通信信号返回时间来观测引力波的特征影响。欧洲空间局正在研究中的LISA项目将由三个相同的航天器组成一个边长为500万公里的等边三角形，整体沿地球轨道绕太阳公转。这个系统会监测引力波通过任意一个组成卫星时所造成的激光干涉上的变化（1）。

行星际磁场波动引发地表，近地空间内物质运动的波动

1. 行星际磁场波动会引发近地空间内磁层（辐射带），电离层，地球大气和地壳波动（2）。而安置在地面上的激光干涉仪的测量，会受到地壳，大气波动的严重影响。因此，激光干涉仪的测量会受到行星际磁场波动的严重影响，尤其在行星际磁场波动强烈期间。

事实也确实如此。迄今为止，在宣称捕获源自遥远太空中的引力波的当日，2015年9月14日，12月26日，2017年1月4日，8月14日，17日，行星际磁场波动强烈，如图1.所示。

因此，用于探测引力波的激光干涉仪，并没有真正捕获到源自遥远太空中的引力波。所以，在地表无法探测到源自遥远太空中的引力波。

2. 太阳系内行星及其周围的物质运动受CMDS_日-⁺该行星释电条的控制，近地空间内的物体都带电（3）。行星际磁场波动会导致CMDS_日-⁺地球释电条的波动，进而引发CMDS_地的波动以及CMDS_地相邻层间内物体的波动（4）。所述物体自然包括近地空间中卫星和航天器。因此，在近地空间内无法探测到源自遥远太空中的引力波。

日冕物质抛射（CME）对引力波探测形成极其强烈的背景噪音

既然目前已有的激光干涉仪-引力波探测器极其灵敏，对源自银河系以外的遥远太空中的引力波都能探测到，那么对近邻的时时发生的日冕物质抛射（CME），每次至少几十或上百亿吨的等离子体物质从太阳表面猛烈抛射，其所产生的引力波，更应被激光干涉引力波探测器探测到(6)。但在SOHO 太阳观测平台网站中有关2015年的CME数据却无了,尤其9月14日的(7)。如图2所示。难道在2015年9月14日探测到的引力波信号，是源自日冕物质抛射，…？还好，其它宣称日的还有，如2017年8月14日的日冕物质抛射（CME），如图3所示。建议读者对在其它宣称日的CME数据，最好从不同的观测平台的数据加以核实与备份。另外，绕太阳公转中的SOHO太阳观测平台，它不能同时对太阳全面观测。而日冕物质抛射在太阳表面时时发生，且不限定区域。则SOHO太阳观测平台网站的CME数据仅是来自于它能观测到的。因此，在地表或近地空间中，探测源自遥远太空中的引力波，需要在没有日冕物质抛射的安静背景中。这明显做不到。所以，对在日冕物质抛射所形成的强烈的背景噪音中进行的引力波探测及其结果，的确值得深思与质疑。

总结

由于行星际磁场处于时时波动中，并引发地表，近地空间内物质运动的波动，其波动频率繁多。在引力波的探测中无法屏蔽其严重影响。另外，时时发生的日冕物质抛射，直接对引力波探测形成极其强烈的背景噪音。所以，人类在地表，近地空间无法实现对源自遥远太空中的引力波的探测，至少目前如此。

致谢