利用月球作为引力波探测器来研究宇宙起源

　　在过去的一个世纪里，一系列新发明的望远镜给了我们一组不断扩大的眼睛来捕捉过去的天空光线，以便拼凑出宇宙的历史。
　　今天，我们刚刚开始将一类全新的望远镜带入游戏：重力望远镜，它测量时空本身的结构中的波。
　　这些望远镜的建造难度和成本都非常高。
　　一篇大胆的新论文提出，我们应该利用月球来窥探宇宙的起源，而不是建造一个巨大的引力望远镜。
　　天体物理学和宇宙学完全建立在通过望远镜探测来自遥远物体的波来观测宇宙的基础上。
　　X射线望远镜探测到黑洞和旋转的中子星，它们以凶猛的高能束（脉冲星）扫过太空。
　　紫外线和可见光揭示了恒星的生命周期和宇宙的膨胀。
　　像哈勃这样的仪器可以拍摄红外线照片，深入观察星云，找出炽热的系外行星。
　　微波光揭示了宇宙的年龄。
　　这些测量采样了大量的电磁波频谱，所有这些电磁波都具有相同的底层结构。
　　引力波。
　　引力波（GW）天文学测量的是时空本身的涟漪。
　　与大多数电磁天文学领域不同，GW天文学非常年轻。
　　第一批重力波是在2015年探测到的。
　　它们是由10亿年前两个黑洞碰撞、合并和环化而产生的。
　　从这个GW到达地球的时空扰动只有质子宽度的千分之一，但激光干涉仪引力波天文台（LIGO）能够看到它。
　　这一惊人的成就立即赢得了诺贝尔物理学奖。
　　并非所有的引力波都是相同的。
　　这第一个发现只是冰山一角。
　　不同频率、大小和形式的引力波在整个宇宙中产生涟漪。
　　就像一系列过程在整个电磁光谱中发出信号一样，广泛的天体物理和宇宙现象产生了不同的GW光谱特征。
　　我们来看看上周发表在备受推崇的物理学杂志《物理评论快报》上的一篇新论文。
　　论文指出，一个特定的GW频段大约1微赫（或每100万秒一个波峰）可以用来约束被称为随机引力波背景的东西。
　　这是GW信号的背景噪声，由各种类型的微弱随机波混合在一起。
　　它就像调谐了的收音机的静态声音，或者没有输入信号的模拟电视上闪烁的灰色雪花画面。
　　测量这种GW背景噪声的水平，可能会让宇宙学家看到一种被称为宇宙学一阶相变的现象。
　　在宇宙非常早期的历史中（当时它还不到一秒），如此小的体积中包含了如此多的能量，以至于我们今天所知的粒子和力还不可能存在。
　　当宇宙冷却和膨胀时，可能发生了一个或多个相变，足以让我们今天所知的粒子凝结出来并冷却下来就像从雾气中凝结的水滴。
　　然后，新形成的粒子开始在四种基本力量的指导下相互作用，现代宇宙似乎是在这四种基本力量的指导下进行的。
　　这种GW背景噪声的通过可以在天体轨道上的非常小的偏差中被探测到。
　　这篇论文提出了三组轨道天体，可以用来分析他们正在寻找的GW信号。
　　这就是月球出现的地方，也是一颗你可能从未听说过的有趣的卫星。
　　回溯。
　　为了测量到天体的距离，科学家可以从地球表面向外发射激光脉冲进入太空。
　　激光发出的光子以光速直线传播，直到它们击中某物。
　　如果光子被直接反射回来，我们可以测量往返的时间：将这一时间除以c，你就得到了旅行的距离。
　　再一分为二，这就是到天体的距离。
　　碰巧的是，我们专门为此目的在绕地球运行的两个天体上放置了特殊的反射镜：月球和卫星LAGEOS。
　　月球上有五个反射器，由阿波罗宇航员和两个苏联无人着陆器放置。
　　这些是后向反射器，经过专门设计和精心加工，可以将光线反射回与入射方向完全相同的方向。
　　宇航员三天的月球之旅只用了一个光子一秒钟多一点。
　　使用这些反向反射器，已连续测量到地月距离小于一英寸（！）。
　　已经50年了。
　　LAGEOS是一个人造球体，于20世纪70年代发射进入轨道，其表面装饰着426个逆向反射器。
　　它是一颗极其简单的卫星，既不需要活动部件，也不需要电源，也不需要通讯。
　　LAGEOS唯一的工作就是回顾。
　　论文预测，如果月球与地球的距离可以测量到0。1毫米以内，那么我们或许能够看到能够揭示冷却宇宙的GW噪声背景的波动。
　　作者认为，利用当今的技术，这种测量很可能是可能的。
　　LAGEOS也有可能进行类似的分析。
　　最近一项关于能够进行同样测量的新望远镜的提议表明，一个由六个航天器组成的星座相距数亿英里。
　　但是，当我们有了月球，为什么要建造它呢？