Гравитационные волны в ОТО и проблема их обнаружения - Бичак И.
Скачать (прямая ссылка):
А = IO4, P0 = 100 мВт T = IOK, Qix = 5-Ю» 2,5.10-27 2.10-38 0,4 5-10"18
А = IO2, P0 = 100 мВт T = 3K, Q1X= Ю7 2,5.10-2» З-Ю'40 0,3 5.10-1®
A= 1, P0 = 100 мВт T = ЗК, Q1J1 = S-IO8 2,5-10-31 3- ю-42 0,3 5-10-20
Подведем итог. Комбинированная антенна может иметь чувствительность /ітіп~10-18 без глубокого охлаждения веберовских резонаторов (7^70 К) и чувствительность ftmin~10-19 при гелиевой температуре резонаторов. Некоторое техническое преимущество может быть связано с использованием «трансформатора смещений» — ниобиевой диафрагмы, укрепленной на торце веберовского резонатора (§ 7.4). В этом случае может реализоваться второй из рассмотренных выше случаев с чувствительностью /imin-IO-20 [268]; (в § 7.4 Gn-=Gв!со,4).
Подчеркнем еще раз новые качества в комбинированной антенне.
1) Наличие трех независимых откликов, что позволяет избавиться от негравитационных воздействий (аналогично контролю по третьей гармонике в стэнфордской антенне [225]).
2) Возможность обнаружить волновой характер возмущения, измеряя фазовый сдвиг между релаксационными откликами резонансных детекторов; техника такого измерения хорошо известна. Если L=3-105 см, то фазовый сдвиг будет иметь порядок Aqp= = CDhZVC=IO-1 рад. Согласно неравенству Крамера—Pao [246] верхний предел для точности измерения определяется отношением
S И. Бичак, В. Н. Руденко
241 (сигнал/шум): (Дф2) 1^pr1, таким образом, необходимо ji^lOO. Это значит, что с уверенностью обнаружить волновую структуру можно для величины h, на порядок меньшей, чем предельная* чувствительность.
Следует также подчеркнуть, что комбинированная антенна не сводится к двум веберовским антеннам с радиотехнической системой индикации, так как только оптическая система регистрации является удовлетворительной для требуемого уровня чувствительности.
§ 8.7. ДОППЛЕРОВСКАЯ ГРАВИТАЦИОННАЯ АНТЕННА
B КОСМОСЕ
В космическом пространстве допустимо мыслить антенну на свободных массах с весьма большой базой. Если ориентироваться на прием очень низкочастотных гравитационных волн, то расстояние между пробными массами может быть значительным, даже при выполнении требования I^kg. Так вводится в рассмотрение базы порядка 1 а. е—IO13 см и больше. Конечно, эти рассуждения приобретают реальную основу только при наличии адекватного измерительного инструмента. При /=1,5-1011 см и 10~17 абсолютная величина изменений расстояния между массами составит 1,5 мкм, что в лабораторных условиях измеряется легко, но в космическом масштабе это пока нерешенная задача. Очевидно, что регистрирующим инструментом в космосе может быть только радиолокационная аппаратура, установленная на космических станциях. Преимущество следует отдать допплеровским методам, ибо, во-первых, слежение за относительной скоростью станций фильтрует монотонные вариации в их положении, происходящие без ускорений, во-вторых, измерение частотных СДВИГОВ С ПОМОЩЬЮ атомных стандартов сегодня — наиболее продвинутая область измерительного искусства. Предложение допплеровской спутниковой локации для целей обнаружения гравитационной волны впервые было сделано в работе [247] 1967 г. Там приводилась оценка вариации скорости двух гелиоцентрических станций, с пространственным разделением Z=IO11 м, под действием гравитационной волны частоты cog~10~3 рад/сек и интенсивности /= = IO-1 Дж/с м2, что составило Au=2,5-10~7 м/с. В 1967 г. этот уровень более чем на четыре порядка превышал чувствительность допплеровских локаторов. Последующий прогресс систем дальней космической связи, создание сети наземных станций слежения, исследование околосолнечного пространства космическими автоматами, сделали идею допплеровской гравитационной антенны гораздо менее абстрактной и стимулировали работу теоретического и экспериментального характера в этом направлении.
Прежде всего была детально исследована реакция допплеровской антенны на свободных массах при действии гравитационного всплеска. В частности, была найдена триплетная структура вариаций частоты зондирующего луча [242], описываемая формулой (8.14).
242І Специфическая индивидуальность допплеровского отклика создает хорошие предпосылки к выделению полезного сигнала яа фоне случайных воздействий на пробные массы антенны.
С этой точки зрения случай нормального падения волны на антенну 9=90° является наименее привлекательным. При этом энергетический спектр сигнала (т. е. ухода частоты) для гармонической волны имеет вид (A/y/)2==0,5ft2sin2cog772, совпадающий по структуре со спектром мощности флуктуаций частоты задающего генератора локатора. Таким образом, требуемая относительная частотная стабильность стандарта должна быть не хуже \h\.
Одновременное наблюдение за двумя и более близкими аппаратами, кросскорреляционный анализ их откликов, несомненно, увеличит качество выделения сигнала для заранее неизвестной формы h(t). Прием сигналов одновременно от двух аппаратов, находящихся под разными углами 9 в принципе может обеспечить указание двумерных координат источника гравитационной волны.
Каковы сегодняшние возможности допплеровских систем, работающих на космос? Страны, ведущие космические исследования, имеют развитую сеть антенн дальней связи. Например, по заказам NASA Лаборатория реактивного движения (JPL, США, Пасадина) построила за последние годы комплекс из трех больших радиолокационных антенн диаметром 64 м каждая. Во время слежения за Маринерами, в рамках программы изучения Марса, на этих антеннах работали передатчики мощностью 0,2 МВт. Этого достаточно, чтобы обеспечить возможность надежной локации на расстояниях до 3 а. е.
