LISA/NGO - New Gravitational wave Observatory

Hallo,

die lange Wartezeit ist vor allem eine finanzielle Entscheidung. Dadurch das ESA die Projekte zeitlich streckt, sind sie pro Jahr (aber natürlich nicht insgesamt) günstiger. Das eLISA Team waere mit einem Start in 2028 auch zurechtgekommen. So werden die meisten von uns beim Start kurz vor der Rente stehen, oder sich bereits im Ruhestand befinden.

Wird man denn wenigsten wieder zu einer Armlänge von 5 Mio. Kilometern zurückkehren, wie ursprünglich geplant? Um kosten zu sparen, sollte die Armlänge ja auf ein Fünftel reduziert werden. Auch die Lebensdauer sollte reduziert werden.

Die Entscheidung der ESA war jetzt bezüglich des Themas, nicht bezüglich der konkreten Mission. Ueber die wird dann wieder neu verhandelt werden. Es ist dann auch eine Beteiligung der NASA moeglich, aber man muss das erst einmal abwarten. Nun muss erst einmal die LISA-Pathfinder Mission 2015 erfolgreich sein.

Gruss,
Volker

Dass die langen Vorläufe finanziell und nicht technologisch bedingt sind, ist klar. Mir stellt sich aber die Frage, inwieweit technologische Entwicklungen bei der Planung berücksichtigt werden können, wenn man ohnehin so viel Zeit hat. Z.B. könnte es ja im Jahr 2025 wesentlich bessere Mikro-Thruster geben. Würde man die dann nutzen können? Konkret gefragt: Wann wird man sich auf ein endgültiges Design festlegen? Wann wird es ein PDR geben?

Hallo,

Konkret gefragt: Wann wird man sich auf ein endgültiges Design festlegen? Wann wird es ein PDR geben?

In dem Zeitplan für Satellitenmissionen ist durchaus Platz für technologische Neuerungen. Für Euclid z.B., eine ESA Mission die im Juni 2012 beschlossen wurde, findet der Preliminary Design Review in 2014 statt, also 6 Jahre vor dem geplanten Start. Dass man nicht bis zum letzten Moment Komponenten austauschen kann, ist ja wohl jedem klar. Und neue Komponenten müssen einen entsprechenden "Technical Readiness Level" (TRL) haben, damit sie in Frage kommen. Das muss ja nicht nur alles funktionieren, sondern auch für den Einsatz im All getested und abgesegnet sein.

Für eLISA ist das alles noch in ferner Zukunft. Dennoch, ob die neuen Microthruster die noetige technische Reife haben werden, muss erst noch gezeigt werden. Der PDR für eLISA wird aber auf jeden Fall erst in den 2020er Jahren stattfinden.

Gruss,
Volker

LISA Pathfinder wird in den nächsten Tagen starten. Wenn alles funktioniert, könnte LISA so um/nach 2034 in Betrieb gehen. Bis dahin suchen Forscher heute schon mit immer besseren Intereferometern auf der Erde nach Gravitationswellen, um sie direkt zu messen. Das sind noch 20 Jahre ... in denen ihnen das hier unten gelingen kann ...

Falls die Messung auf der Erde gelingt, was ist dann die Funktion von LISA? LISA wird eine unübertroffene Basislänge haben, also sehr langwellige und alte Gravitationswellen finden können. Ginge es bei LISA dann gar nicht mehr um den grundsätzlichen, direkten Nachweis, sondern darum das Universum "in Gravitationswellen" zu beobachten?

Hallo,

Falls die Messung auf der Erde gelingt, was ist dann die Funktion von LISA? LISA wird eine unübertroffene Basislänge haben, also sehr langwellige und alte Gravitationswellen finden können. Ginge es bei LISA dann gar nicht mehr um den grundsätzlichen, direkten Nachweis, sondern darum das Universum "in Gravitationswellen" zu beobachten?

Gravitationswellendetektoren koennen Quellen detektieren die in etwa die gleiche Groesse haben wie die Grundlinie des Detektoraufbaus.
Mit bodengebundenen Systemen, wie LIGO und Virgo, kann man also z.B. kompakte Doppelsternsysteme (also z.B. mit Neutronensternen oder stellaren Schwarzen Löchern) beobachten. Mit LISA dagegen, will man super massive Schwarze Löcher  detektieren.
Für beide Detektoren gibt es viele wissenschaftliche Schwerpunkte. Es ist so wie mit elektromagnetischen Detektoren: die Tatsache, dass wir sehr gute optische Teleskope haben, macht Roentgen- oder Gamma-Teleskope ja nicht überflüssig.
Zudem können die bodengebundenen Detektoren nur Quellen in der lokalen Galaxiengruppe detektieren, während man mit LISA im Prinzip alle super massiven Schwarzen Löcher, die im Universum verschmelzen, beobachten können sollte.

Natürlich gibt es ein grundsätzliches wissenschaftliches Interesse, Gravitationswellen erst einmal direkt experimentell nachzuweisen.

Gruss,
Volker

2034 ist ja ein sehr großer Zeitrahmen! Sollte Lisa PF bestens funktionieren, wozu braucht msn dann noch 20 Jahre? Ist es mal wieder das Geld?
Ödet doch die Technik, die einzelnen Satelliten auf ihren Orten zu halten?

Hallo,

2034 ist ja ein sehr großer Zeitrahmen! Sollte Lisa PF bestens funktionieren, wozu braucht msn dann noch 20 Jahre? Ist es mal wieder das Geld?

ja, das ist eine Frage des Budgets. Für die L-Class Missionen der ESA ist seinerzeit die Reihenfolge JUICE, Athena, eLISA/NGO festgelegt worden. Da werden langfristig Prioritäten gesetzt.

Gruss,
Volker

Das heisst: mehr Geld=10 Jahre früher? Aber der Zug ist wahrscheinlich abgefahren...
Oder wird da aufgrund der neuen Entwicklungen nochmal nachgefragt?

Ich denke nicht, dass man da (nur weil es tagesaktuell ist) umsteuert. Die anderen Missionen sind nicht weniger relevant geworden und haben ihrerseits eine entsprechende wissenschaftliche Community samt Fragestellung hinter sich. Deswegen hat man sie ja priorisiert. Jetzt umsteuern wäre auch gleichbedeutend mit Ressourcenverschwendung, die dann nicht nutzenbringend in die anderen Projekten geflossen wären.

Mit den neuen Entdeckungen kann sich aber langfristig die Weiterentwicklung für Gravitationswellen-Wissenschaft samt Technologie stabilisieren/verstetigen.

Und jetzt hört man offenbar doch aus der Community: LISA vorziehen auf 2028?

Hallo,

Und jetzt hört man offenbar doch aus der Community: LISA vorziehen auf 2028?

Es kommt darauf an, welche Community man da fragt... In der satellitengestützten Astrophysik haben die Röntgenastronomen eine sehr große Community und entsprechend viel Einfluss. Es ist schwer vorstellbar, dass Athena zugunsten von eLISA nach hinten verschoben wird.  Es müsste also ein erheblicher finanzieller Anteil von außerhalb der ESA in das eLISA Projekt investiert werden, damit ein Start vor 2030 realisierbar wäre.
Wenn bei LISA-Pathfinder alles weiterhin so glatt läuft wie bisher, dann beginnt nächstes Jahr eine CNES finanzierte Phase-0 Studie zu eLISA.

Gruß,
Volker

Ja, hier wurde dann selbst auch gesagt, dass es auch technologisch schwierig wäre die Mission so deutlich vorzuziehen.

Ich habe hier mal eine kleine technische Frage zu dem ganzen Projekt.
So wie ich (ohne wirkliches Fachwissen) das ganze verstanden haben, werden hier, wie der Name schon sagt, Gravitationswellen durch die Interferenz des Lichtes der Laserstrahlen aufgespürt.
Meine Frage wäre jetzt, wie das ganze denn Technisch möglich ist, wenn man davon ausgeht, dass die Satelliten nicht immer den 100%ig selben Abstand zueinander haben. Mit 100% meine ich auch 100%, da ja die Wellenlänge dieser Laser bei einigen 100 nm liegt und eine Abstandsänderung um die hälfte dieser Wellenlänge ja bereits aus einer konstruktiven eine destruktive Interferenz werden lässt, welche dann ebenfalls durch die entsprechenden Messgeräte festgestellt wird.

Natürlich kann es auch sein, dass ich die Funktionsweise dieses Systems völlig missverstanden habe 

Meine Frage wäre jetzt, wie das ganze denn Technisch möglich ist, wenn man davon ausgeht, dass die Satelliten nicht immer den 100%ig selben Abstand zueinander haben.

Das wird u.a. jetzt mit LISA Pathfinder gestestet.
Bei LISA sollen nach dem einjustieren der 3 Satelliten diese tatsächlich den gleichen Abstand (je 1 Mio. km) voneinander haben. Die "Spiegel" schweben dann jeweils kräftefrei in den 3 Satelliten und nur die Satelliten (drumherum) werden (jeweils) mit ganz schwachen Treibwerken (Kaltgasdüsen?) nachgeführt. Nur so hat man ja eine echte Abstandsmessung.

In der englischen Wikipedia ist das auch beschrieben: "Um nichtgravitative Kräfte wie Lichtdruck und Solaren Wind auszuschließen, sind die Satelliten als "zero-drag satellite" ausgelegt".
Dort ist auch der geplante Orbit in einer Grafik zu sehen:

Quelle: Wikipedia engl.   (blau die Erde eilt 20° voraus)

(Wenn ich das alles richtig verstanden habe)

Es wird garnicht möglich sein, Satelliten (exakter die Spiegel darin) mit Entfernungen im Kilometerbereich exakt auf Wellenlänge genau im Abstand zu halten. Da hat schon die Sonne was dagegen. Und diverse andere Störungen.
Aber warum sollte man auch ? Ich denk mal , geringe Entfernungsschwankungen spielen sich im Bereich von Minuten ab (nur um eine Dimension zu nennen). G.Wellen dagegen haben, wie sich zeigte, Frequenzen im unteren Hertz-Bereich. Da wird es insgesamt vermutlich darstellbar sein als eine langgestreckte Wellenlinie als Ausdruck der Interferenz, auf der bei Ereignis gewissermaßen "Zacken" zu sehen sind. Gedehnt und die Grundwelle herausgerechnet ergeben diese Zacken dann die G.Welle.

Versprecht ihr mir das Forum noch mindestens 18 Jahre online zu halten, damit wir beim tatsächlichen Missionsbeginn hier im Thread noch darüber sprechen können? :-)

Das ist alles schon eine gewaltige Aufgabe so eine Meßanordnung zum Funktionieren zu bringen.
Unglaublich. Dabei kennen "wir" wohl die meisten Probleme und Unwägbarkeiten gar nicht.
Eines würde mich interessieren:
Die "outer shell", der Raumflugkörper ermöglicht es ja der "proof mass", der Testmasse sich nach rein gravitativen Einflüssen zu bewegen.
Der Raumflugkörper ist ja selber keine homogene Kugelschicht. Es wird warscheinlich unmöglich sein die Massen des Raumflugkörpers homogen zu verteilen, bzw. so zu gestalten, daß sich die Einflüße auf die Testmasse in allen Richtungen kompensieren. Übt dann der Raumflugkörper nicht selber einen gravitativen Einfluß auf die Testmasse aus, und zieht sie damit aus der Ursprungsbahn. Und da der Raumflugkörper ja die Bewegung der Testmasse nachregelt - zieht sich damit der Raumflugkörper nicht selber aus der Bahn? (das hat schon etwas Münchhausen-ähnliches an sich - sich selber am Schopf irgendwo herausziehen). Gibt es diesen Einfluß tatsächlich, oder mißverstehe ich das Ganze? Oder ist der Einfluß tatsächlich nicht bedeutend?

Viele Grüße, James

Hallo,

Die "outer shell", der Raumflugkörper ermöglicht es ja der "proof mass", der Testmasse sich nach rein gravitativen Einflüssen zu bewegen.
Der Raumflugkörper ist ja selber keine homogene Kugelschicht. Es wird warscheinlich unmöglich sein die Massen des Raumflugkörpers homogen zu verteilen, bzw. so zu gestalten, daß sich die Einflüße auf die Testmasse in allen Richtungen kompensieren. Übt dann der Raumflugkörper nicht selber einen gravitativen Einfluß auf die Testmasse aus, und zieht sie damit aus der Ursprungsbahn.

Die Massenverteilung des Satelliten ist tatsächlich dahingehend optimiert, dass die gravitativen Kräfte auf die Testmassen minimal sind. Vor allem entlang der Achse zwischen den Testmassen kann man diese Kräfte vernachlässigen (und das ist ja die entscheidende Messrichtung). Dazu kommt, dass man die verbleibenden Kräfte kennt und dahingehend die Ergebnisse korrigieren kann. Und: die Massen sind zwar im freien Fall, können aber mit Hilfe eines elektrischen Feldes in Position gehalten werden.

Gruß,
Volker

Hallo,

Es wird garnicht möglich sein, Satelliten (exakter die Spiegel darin) mit Entfernungen im Kilometerbereich exakt auf Wellenlänge genau im Abstand zu halten. [...] . Gravitationswellen dagegen haben, wie sich zeigte, Frequenzen im unteren Hertz-Bereich.

Es geht bei der Messung ja nicht um eine Abstandsmessung, sondern um die Änderung des Abstandes. Und wie Du schon richtig vermutest, ist es eine Frage der Frequenz, was man messen kann. eLISA soll im Bereich  ~1 mHz bis 1 Hz messen. Das heißt nicht, dass es außerhalb dieses Frequenzbandes keine interessanten Gravitationswellen gibt, aber für diese wird eLISA dann nicht empfindlich sein.
Ein Driften der einzelnen Satelliten, die eLISA formen, ist dabei kein Problem.

Gruß,
Volker

So sehe ich das -
Für mich ist bislang noch nicht klar : Wie will man es machen, daß die Spiegel sich lange genug gegenseitig "sehen". Es geht doch um Bruchteile von Bogensekunden, oder ? Ich denke fast , einen freischwebenden Spiegel können vlt schon ein paar Spallationen ablenken ?
Und wenn der Sicht kontakt unterbrochen ist, wie findet man sich wieder? So richtig konnte ich das aus den Beschreibungen nicht herauslesen...

Hallo,

Für mich ist bislang noch nicht klar : Wie will man es machen, daß die Spiegel sich lange genug gegenseitig "sehen". Es geht doch um Bruchteile von Bogensekunden, oder ?

Die Spiegel sehen sich ja nicht direkt -- der Laserstrahl wird mit einem Teleskop beobachtet, dann auf den Spiegel gelenkt. Im Moment ist ein Laser mit 2 Watt Leistung geplant.

Gruss,
Volker

Hallo,

Ja, hier wurde dann selbst auch gesagt, dass es auch technologisch schwierig wäre die Mission so deutlich vorzuziehen.

Es gibt nun Pläne der ESA in Zusammenarbeit mit dem eLISA Konsortium über ein Vorziehen der eLISA Mission auf 2030. Bis das spruchreif wird (wenn es denn beschlossen wird), wird aber noch einige Zeit vergehen.

Gruss,
Volker

Im Moment ist ein Laser mit 2 Watt Leistung geplant.

2 Watt lediglich? Ich vermute mal, dass es sich hierbei um 2 W end-of-life Leistung des Lasers handelt? Falls ja, gibt es Angaben darüber, wie hoch die Leistung zu Beginn der Mission ist.

Ein weiterer Punkt der mich etwas umtreibt ist die Kollimation des Lasers. Wenn lediglich 2 Watt zwischen den Satelliten hin und her geschickt werden, muss sie recht klein sein, damit noch hinreichend Photonen beim Empfänger ankommen.

Die Spiegel sehen sich ja nicht direkt -- der Laserstrahl wird mit einem Teleskop beobachtet, dann auf den Spiegel gelenkt. Im Moment ist ein Laser mit 2 Watt Leistung geplant.

Also ich habe das Bild der drei Sats vor Augen, die trotz der Sparmaßnahmen 1 Mill km voneinander entfernt sind. Ob sie über ein Teleskop oder einen Spiegel "verbunden" sind, ist da doch unerheblich oder ? Wie will man das automatisch steuern? Selbst bei (angenommen) Strahlaufweitung von 5m....

Es gab mal das Darwinprojekt, da wollte man Weltraumteleskope zusammenschalten wie auf der Erde. Würde die Elisatechnik das mit der erforderlichen Genauigkeit ermöglichen? Licht ist ja doch kurzwelliger und die Teleskop wären evtl.auch schwerer zu steuern?
Andererseits war damals davon die Rede, man könnte dann auf erdähnlichen Planeten sogar Kontinente abbilden...