Svetloba je tisti medij, prek katerega spoznavamo preostalo na Zemlji in v vesolju. Ima kopico lastnosti, ki veliko povedo o njenem izvoru. Tisoče teleskopov je stoletja zbiralo elektromagnetno valovanje iz oddaljenih prostranstev in znanstvenikom omogočalo grajenje baze znanja.

Obstaja pa še ena pot: gravitacijsko valovanje. Tudi ti valovi imajo - tako kot svetloba - valovno dolžino, amplitudo, frekvenco, polarizacijo itd. V vesolju so vseprisotni in bi lahko znanstvenikom omogočili povsem novo okno v svet. Poenostavljeno - kot bi na Zemlji poleg vida naenkrat vključil še sluh.

Področje obeta. Prav letos so prvič po stotih letih od Einsteinove napovedi dejansko potrdili obstoj gravitacijskih valov. Za to je poskrbel ameriški observatorij Ligo, čudo tehnike. Obstoja ni le potrdil, dokazal je, da z njimi lahko vidimo marsikaj.
Ko se zlijeta črni luknji
Iz signala, ki je Ligove senzorje zmotil 14. septembra lani, so ugotovili, kaj ga je povzročilo. "Videli" so, kako sta se pred 1,3 milijarde let združili dve črni luknji, izračunali so njuno maso, se dokopali do informacije, koliko energije se je ob tem sprostilo ... Pod črto, zaznali so nekaj, kar bi sicer človeštvu ostalo skrito. Gravitacijski valovi potujejo skozi oblake prahu in plinov, kot da jih ni, nemoteno prečijo zvezde in galaksije in pokažejo Zemlji temne stvari ter dogodke.

Toda to je le en, več desetletij star observatorij, in to je le eno samo odkritje. Del znanstvene skupnosti prihodnost tovrstne detekcije vidi v vesolju, ne na Zemlji, kjer Ligove detektorje moti stotine dejavnikov, od potresov naprej.

Stezosledec
Esa je zato lani začela preizkušati vesoljsko različico observatorija. Na sladko gravitacijsko točko L1 1,5 milijona stran od Zemlje, kjer je precej večja "tišina", saj je točka stabilna in se glede na Zemljo in Sonce ne spreminja, je poslala sondo Lisa Pathfinder. Ta je namenjena testu pionirske tehnologije. Če bo uspešna, bodo na njeni podlagi v naslednjem desetletju v vesolje poslali neprimerno večje in zmogljivejše naprave.

Sonda Lisa Pathfinder po več mesecih ni pokazala le primernosti in zanesljivosti, temveč je presegla vsa pričakovanja. Kot so sporočili z Ese, je sonda izkazala kar petkrat višjo natančnost od ciljne, in skorajda dosegla tisto, kar nameravajo v polni različici izvesti mnogo pozneje.

Potrebna natančnost je tako izjemna, da jo človeški um težko zaobjame. Gravitacijski valovi, drobna pokrčenja in raztezanja v "tkanini" prostor-čas, so dejansko drobni. Primer: prostor med dva milijona kilometrov oddaljenima objektoma se skrči za milijoninko milijoninke metra, in to je treba najti.

Na sledi "debelejšim" valovom
Kopni Ligo je zelo natančen, toda zaradi seizmičnih, termalnih in drugih motenj planeta je omejen na gravitacijske valove, ki zanihajo 100-krat na sekundo (frekvenca 100 hercev). Tako je lahko zaznal združitev dveh manjših črnih lukenj. Toda za opazovanje oddaljenih združitev supermasivnih črnih lukenj med zlivanjem galaksij je treba natančnost izboljšati na vsaj na 1 herc, torej na valove z večjo dolžino, kar je mogoče le v vesolju.

Dragoceni kovini
Esini znanstveniki nameravajo to najprej meriti na precej testni skali. Ključni instrument sonde sta dve 4,6 centimetra veliki kocki iz zlata in platine; zlitina je bila izbrana zato, ker se ne zmeni za magnetna polja. Kocki nista del sonde, temveč v njej prosto lebdita, in sonda poskuša narediti vse, da ju v svojih nedrjih spremlja, a se nikoli ne dotakne in ju čim manj moti.

Smisel je v tem, da kocki lebdita v vesolju, da sta izolirani od vseh preostalih sil (razen gravitacije, ki je neizogibna) in da lahko na razdaljo med njima, ki meri 38 centimetrov, krajšajo ali krčijo izključno gravitacijski valovi ... če slučajno pripotujejo mimo. Esi je to skoraj v popolnosti uspelo.

"Meritve so presegle tudi najbolj optimistična pričakovanja," je izjavil Paul McNamara, glavni znanstvenik misije. "Načrtovano natančnost smo dosegli že prvi dan delovanja in naslednji teden potrošili na izboljšavah, ki so pripeljale do petkratnika."

Izidi so objavljeni v znanstveni publikaciji Physical Review Letters.
Sprva je bila Lisa skupen projekt Ese in Nase. Toda ameriška agencija se je na polovici poti potegnila nazaj, saj ji je politika skrčila proračun. Esa je takrat misijo precej oklestila in prilagodila svojim zmožnostim. Nasa je kljub temu prispevala en instrument.

"Sonda bi morala biti ena izmed stopničk na daljši poti proti želeni ravni delovanja, potrebni za polnokrvni vesoljski observatorij. Toda že prvi izidi kažejo, da smo namesto stopničke skočili skoraj na sam vrh. Če bo poznejši observatorij samo tako natančen kot Lisa Pathfinder, bomo z njim lahko dosegli pravzaprav vse naše znanstvene namere. To je samo po sebi neverjetno in kaže, da bomo s pomočjo te misije postavili dostojne temelje," je izjavil sodelujoči Nasin znanstvenik James Ira Thorpe.

Še najboljši vakuum ni dovolj
Zlato-platinasti kocki lebdita v drobovju eksperimentalnega sistema, poimenovanega Lisa Technology Package (LTP). Tega je pripravil konzorcij evropskih vesoljskih agencij skupaj z Eso. LTP z visokoločljivostnim laserjem meri položaj obeh mas in podatke sproti pošilja sistemu, ki skrbi za pozicioniranje sonde okoli njiju s pomočjo šibkih, a pomembnih mikropotisnikov. Tako nevtralizira negravitacijske vplive na sondo, sodeč po raziskavi to počne 10.000-krat učinkoviteje od podobnih tehnologij s poprejšnjih vesoljskih misij.
Masi sta postavljeni v vakuum, toda tudi ta ni popoln. V na videz praznem prostoru okoli švigajo posamezne molekule in atomi plinov, in celo ti so moteči pri meritvah med frekvencama 1 in 60 milihercev, so zapisali na Esi. Tu je rešitev čas. Molekule počasi, druga za drugo, zapuščajo komoro, zato se motnja skozi čas zmanjšuje.

Pod enim milihercem so zaznali motnjo manjše centrifugalne sile. Ta izvira iz dveh koncev; najprej iz oblike Lisine orbite, pa tudi iz instrumenta, ki sledi zvezdam in skrbi za pravilno usmeritev sonde v prostoru, da ima vedno dovolj sončne svetlobe za delovanje.

Nevtraliziranje kozmičnih žarkov
Celo kozmični žarki, visokoenergijski delci, ki v Osončje dirjajo iz drugih delov Galaksije, so nebodigatreba. To so koščki atomov; protoni, elektroni in atomska jedra, ki se prebijejo skozi ohišje in na masah puščajo električni naboj. Če se ga nabere preveč, moti meritve. Tudi za to poskušajo poskrbeti. Na Lisi je testni sistem, ki kocki obseva z ultravijolično svetlobo in s tem poskuša naboj čim manj moteče nevtralizirati.

Esini ekipi je uspelo zaznati celo spremembo težnostnega privlaka, ki je nastala ob manevrih (in nekoliko potrošenem "gorivu").

Morda se bo Nasa vrnila v igro
Nasini znanstveniki upajo na sodelovanje. Že ob odkritju gravitacijskih valov februarja letos so se v Ameriki vrstili pozivi politiki, naj ne "ponovi napake" in zamudi vlaka, ki ga pelje Esa. Tudi sveže izjave kažejo, da zadeve potekajo v tej smeri. "Priča smo občudovanja vrednemu dosežku. Dokazali so uporabnost prototipnih tehnologij. Nasa zdaj z Eso v tesnem sodelovanju išče rešitve, kako bi lahko uspešno partnerstvo nadaljevali tudi v poznejši fazi," je izjavil Paul Hertz, vodja Nasinega oddelka za astrofiziko.

Na Lisi Pathfinder je Nasina naprava ST-7, "elektrorazpršilnik", ki deluje tako, da drobne kapljice tekočine najprej naelektri z električnim nabojem, nato pa jih postavi v električno polje, ki jih izstreli ven. Podobno deluje običajen tiskalnik, ko na papir prši črnilo. ST-7 s tem ustvarja izjemno majhen in nadzorovan pritisk, ki pride prav pri filigranskih popravkih v pogojih mikrogravitacije. Na sondi ga še niso preizkusili; test se začne naslednji mesec.
Velika Lisa
Glavna predstava naj bi prišla šele čez najmanj 15 let: LISA (brez Pathfinder). Esa si ga je zamislila kot sistem treh satelitov okoli točke L1 v obliki pravilnega trikotnika. Vsak naj bi bil od drugih dveh oddaljen natanko pet milijonov kilometrov. Tri naprave bi se medsebojno spremljale z laserji, natanko merile oddaljenost in iskale pikometrske popačenosti. Isto kot pri dveh zlatih kockah, le precej bolj ambiciozno. Po prej omenjenih finančnih zagatah so pripravili okleščeni projekt eLisa, ki je zdaj aktualen in vsebuje "le" dva satelita, oddaljena milijon kilometrov. A v znanstveni skupnosti je precej pritiska, da se vložek vrne na ambicioznejšo raven, in glede na časovno oddaljenost so spremembe mogoče, sploh če Nasa slučajno obnovi prispevek.

Kaj so gravitacijski valovi
Že zdavnaj so dokazali, da težnost krči "tkanino" čas-prostor, podobno, kot lubenica ukrivi razpeto rjuho, če sadež položimo nanjo. Toda to je le ukrivljenost, ne pa gravitacijsko valovanje. To nastane v posebnih primerih: ko se zelo masivna telesa pospešujejo ali nenadoma spremenijo smer.

To se navadno zgodi v binarnih sistemih, ko dve telesi krožita v paru okoli skupnega težnostnega središča, denimo dvojne črne luknje, binarne zvezde, lahko pa tudi nekatere nevtronske zvezde. Če se dve črni luknji približujeta druga drugi, pospešujeta svoje kroženje, in to je tisto, kar razpošlje motnje v prostor-času daleč naokoli. Težnostno valovanje je povezano tudi z visokoenergijskimi dogodki, kot so eksplozije zvezd (supernove) - ali celo sam veliki pok, ki bi moral pustiti sledi na najstarejši zaznani svetlobi sploh (a tega vpliva človeštvu še ni uspelo zaznati).
Poenostavljeno se da učinek gravitacijskih valov na "tkanino" prostor-čas primerjati z roko, ki potegne po vodni gladini.

Video: Esina predstavitev delovanja sonde