LISA Pathfinder: Test für Gravitationswellendetektor im All

astronews.com Redaktion

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In 20 Jahren soll mit eLISA ein aus drei Raumsonden bestehender Detektor für Gravitationswellen seine Arbeit aufnehmen. Im Rahmen der Mission LISA Pathfinder wird die dafür benötigte Technik auf Herz und Nieren geprüft. Die wissenschaftliche Nutzlast für die Sonde, die im kommenden Herbst starten soll, ist jetzt praktisch fertiggestellt. (7. November 2014)

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Kickaha

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Gravitationswellen detektieren?

Namaste
In 20 Jahren soll mit eLISA ein aus drei Raumsonden bestehender Detektor für Gravitationswellen seine Arbeit aufnehmen. ...
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Mir ist bis heute nicht klar, warum GW überhaupt gemessen werden können. Eventuell kann mir hier jemand genauer meinen "Denkfehler" korrigieren. :confused:
GW verbiegen rhythmisch den Raum. Ich vermute genau so, dass die Raumzeit als ganzes erhalten bleibt.
Wenn demnach die Raumzeit verbogen wird, wie soll man dann mittels eines Lasers (Längenmessgerät) eines solche Verbiegung fest stellen? Die resultierende aus der Laufzeit eines Photons wird durch die Raumzeit definiert. Kommt eine GW, so wird der Raum und die Zeit entsprechend gekrümmt, dass die Resultierende immer gleich bleibt.
Nach meinen Überlegungen: Erst wenn die Raumzeit aus dem Gleichgewicht käme und damit die Lichtgeschwindigkeit sich ändern würde, könnte man das messen. Damit wäre aber auch das plansche h von der GW beeinflusst, was ich mir nicht vorstellen kann.

Ich hoffe auf eine verständliche Antwort.
Gruß
 

Bernhard

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Hallo Kickaha,

Du kannst Dir eine G-Welle wie eine Schallwelle vorstellen. Bei der Schallwelle wechseln Bereiche mit hohem und niedrigem Druck periodisch und dementsprechend ist die Schallgeschwindigkeit in diesen Bereichen auch unterschiedlich groß. Bei der G-Welle ist das im Prinzip genauso, nur dass hier die Lichtgeschwindigkeit variiert und genau das kann ein Laserinterferometer messen. Die Phasen der Laserwelle laufen also unterschiedlich schnell, je nachdem wie stark der Raum gerade durch die G-Welle verzerrt wird und die zugehörigen Phasenverschiebungen kann man per Interferenz messen.
MfG
 

Bernhard Kletzenbauer

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... Die Phasen der Laserwelle laufen also unterschiedlich schnell, je nachdem wie stark der Raum gerade durch die G-Welle verzerrt wird und die zugehörigen Phasenverschiebungen kann man per Interferenz messen.
Hallo Bernhard,
wie werden eigentlich die Satelliten ständig synchronisiert und auf gleicher Distanz gehalten?
Wenn ein Laserstrahl durch eine Gravitationswelle beeinflußt wird, dann kann man ihn doch nicht mehr zur Entfernungsbestimmung zum Nachbarsatelliten nutzen?

Clear Sky

Bernhard Kletzenbauer
 

Bernhard

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Hallo BK,

um deine Frage zu beantworten muss man wissen, dass sich obige Beschreibung auf ganz bestimmte Koordinaten bezieht, die in diesem Kontext gerne verwendet werden. Und in eben diesen Koordinaten haben frei fallende Körper (z.B. Satelliten) gerade konstante, raumartige Koordinaten. Mehr dazu in den üblichen Lehrbüchern oder auch das Thema im Nachbarforum: http://relativ-kritisch.net/forum/viewtopic.php?t=1978 .
MfG
 

Ich

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Und in eben diesen Koordinaten haben frei fallende Körper (z.B. Satelliten) gerade konstante, raumartige Koordinaten.
Das beantwortet aber nicht die Frage, weil das Problem koordinatenunabhängig ist. Es ist egal, ob man die Abweichung als geänderten Abstand oder geänderte Lichtgeschwindigkeit interpretiert.

Die Mission ist gar nicht darauf ausgelegt, den Abstand konstant zu halten. Das ginge auch gar nicht, bei der Armlänge. Man hat also immer eine Drift, und überlagert dazu besagte Schwingungen.
 

Ich

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Sorry, ich habe schon über die endgültige Mission gesprochen, nicht Pathfinder. Dort ändert sich der Abstand dramatisch durch die Gezeitenkräfte. Das Messprinzip von Pathfinder muss dieselbe Robustheit haben.
 

Bernhard

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@Ich: Ich denke diese "Tara-Probleme" werden die schon irgendwie herausrechnen oder herausfiltern können. Eventuell soll Pathfinder ja auch ermitteln, wie gut das geht.

Mich würde aktuell die Abstrahlcharakteristik von HM Cancri interessieren. In welchem Winkel zur Bahnebene verlassen die G-Wellen eigentlich so ein System?
 

ralfkannenberg

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Mich würde aktuell die Abstrahlcharakteristik von HM Cancri interessieren. In welchem Winkel zur Bahnebene verlassen die G-Wellen eigentlich so ein System?
Hallo Bernhard,

hier findest Du vielleicht die Angaben, die Dich interessieren; zudem sind zahlreiche Referenzen genannt, die Dich ebenfalls interessieren könnten:

Spectroscopic Evidence for a 5.4-Minute Orbital Period in HM Cancri (G.Roelofs, A. Rau, T.Marsh, D. Steeghs, P.Groot, G. Nelemans)


Freundliche Grüsse, Ralf
 

Bernhard

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Hallo Ralf,

da steht leider nichts zur Abstrahlcharakteristik, aber ich würde erwarten, dass die Wellen das System in der Bahnebene verlassen. Das verlangt die Intuition und das Gegenteil würde das System als G-Wellen-Quelle auch ziemlich unbrauchbar machen :) . Ich finde es auf jeden Fall toll, dass das Projekt weiterverfolgt wird.
MfG
 

Bernhard

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nicht-gravitative Kräfte
Der Vollständigkeit halber erweitere ich das zu "nicht-gravitative Kräfte" und alle anderen Störungen, die nicht zur Welle gehören.

Setzt man übrigens die im "Fließbach" (4. Auflage) berechnete Empfindlichkeit eines typischen und idealen Interferometers in Beziehung zu der Amplitude der Wellen von HM Cancri sieht man, dass beide Werte leider recht dicht zusammen liegen.
MfG
 
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Kickaha

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Namaste Bernd
nur dass hier die Lichtgeschwindigkeit variiert

Danke - soweit habe ich das schon oft gelesen.
Aber wenn c in einer GW variiert, so variiert auch die Zeit und der Raum in der GW.
Kann es daher nicht sein, dass eine Detektion mit Licht nicht funktioniert, weil Licht ja alle Fluktuationen mit Lichtgeschwindigkeit mit macht. :confused:

Diese Frage geht mir nicht aus dem Kopf und eine ausführliche Antwort habe ich bisher nicht erhalten. Mein Physik-Prof ist dafür vermutlich zu alt.

Gruß
 

Bernhard

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Aber wenn c in einer GW variiert, so variiert auch die Zeit und der Raum in der GW.
Hallo Kickaha,

Du kannst Dir den Vorgang in der GW auch so vorstellen, dass die Lichtgeschwindigkeit im Interferometer gleich bleibt und die Entfernung der Enden variiert. Beide Darstellungen sind gleichwertig, allerdings ist die oben beschriebene wesentlich leichter zu berechnen und wird deshalb in der Literatur auch bevorzugt verwendet.
MfG
 
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