LIGO的激光干涉仪要测量宇宙中最微小的变化,唯有保持绝对的寂静。任何干扰,哪怕是最微小的噪声,都必须被抑制。否则永远不也能确定它是引力波信号还是背景噪声。
空气和大地的振荡都能让LIGO“失锁”噪声。
为了提高探测器的灵敏度,光要沿着干涉臂反射上百次,这样可以使四千米的臂长等效成四百千米。为了做到这一点,反射镜必须严格保持静止。
当然,在现实世界中不可能做到绝对静止。地球内部不断的地震,飓风、地面机械活动,飞机、火车的经过,宇宙电磁辐射……甚至月球的轨道运动对地表造成的扭曲都会产生噪声。每过12个小时,月球运动造成LIGO的臂长变化约十分之一个毫米。这个看似微小的量,但与途径地球的引力波产生的效应相比,却显得极为巨大。幸好这个噪声源至少是可预测的,通过连续调节注入干涉仪的激光频率以及反射镜之间的距离,可以补偿月球潮汐的影响。
LIGO的反射镜使用一系列复杂的装置以隔绝来自外界的吵闹噪声。
反射镜用约一毫米的石英玻璃线悬挂起来,以此来尽可能地隔绝来自地面的干扰。此外,叠加起来的叶片弹簧和摆锤则有助于过滤掉高频噪声。伺服电机会俯仰、转动和偏转这个五吨重的装置,以抵御低频的地面振动。这是从利文斯顿LIGO早期运转中获得的深刻教训,周围森林中伐木场里正在工作的重型机械发出的低频声浪会产生持续且不可预见的噪声,包括倒下的树木还产生连续刺耳的噪声。
麦克和詹姆斯他们的手上有一份长长的刺激性噪声的清单。
“通过识别这些噪声,我们能精确地察觉二十公里外的奇兰机场飞机的起降,那是一种不规则的多普勒频移声学噪声。”麦克说:“每年春季每过几晚就会有一个神秘的噪声突然增强然后又慢慢退去,这是附近的水坝释放冰雪融水而产生的隆隆声。有时候,噪声的来源不是来自本地,我们看到过北大西洋海域上的风暴,当这些风暴在西雅图沿岸登陆时,我们通过噪声可以准确无误地看到它们。”
LIGO的超级反射镜是地球上人造的最精密之物。
镜子由石英玻璃制成,呈圆盘状,重四十千克。反射镜的每一面都经过高度抛光,使之透明。再对其材质进行逐个分子地蚀刻,使表面的曲率精度达到一个硅原子直径的误差范围之内。然后从旧金山空运到法国的工厂,对镜子的表面进行最终的镀膜,以此来限制镜面分子在已知频率的热运
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