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, tako za zdaj kaže, vseprisotni in bi lahko znanstvenikom omogočili povsem novo okno v svet. Poenostavljeno - kot bi na Zemlji poleg vida naenkrat vključil še sluh.

Težava je v tem, da gravitacijskih valov do zdaj ni še prav nihče neposredno zaznal. Pa čeprav je njihov obstoj napovedal Albert Einstein s svojo teorijo splošne relativnosti skoraj natanko 100 let nazaj. Imamo sicer dobre posredne dokaze zanje: nekatere binarne zvezde se obnašajo natanko tako, kot predvideva teorija. Toda to ni dovolj. Gravitacijske valove je treba najprej neposredno odkriti, potem lahko znanost začne graditi koncept, kako z njimi vesolje tudi gledati.

Neuhojene poti
Evropska vesoljska agencija je zato pred več kot desetletjem začela razvijati misijo LISA (Laser Interferometer Space Antenna), s katerim bo poskušala doseči oboje hkrati. Uspeh bi bil prelomen, na kar kaže tudi dejstvo, da so prej omenjeni posredni dokazi gravitacijskega valovanja leta 1993 prinesli Nobelovo nagrado za fiziko.

"Ta misija je izjemno zahtevna. Orala bo ledino za vse preostale vesoljske projekte, namenjene opazovanju gravitacijskih valov, s čimer bo odprla novo okno v kozmos," je izjavil znanstvenik pri projektu, Paul McNamara.

Misija je zelo dolgoročna in bo potekala v več korakih. Po 15 letih razvoja je prvi tik pred vrati: še letos bo Esa na raketi Vega v vesolje poslala izjemno natančen satelit LISA Pathfinder, so sporočili z ustanove. Ali bo dovolj natančen, pa seveda še ni znano, saj se bo ukvarjal s prelomnimi izzivi. Z njim želi Esa vnaprej preizkusiti, ali je celoten grandiozni in dolgo grajeni koncept sploh uporaben.
Popačenja v tkanini prostor-čas
Kaj pa sploh so gravitacijski valovi? Kot je znano in dokazano, gravitacija ukrivlja "tkanino" prostor-čas. Najpogosteje uporabljena analogija: če na razpeto rjuho položimo pomarančo, se bo tkanina okoli nje nekoliko ukrivila, če položimo lubenico, se bo še bolj. Ampak to niso gravitacijski valovi, je le dokaj fiksno in lokalno ukrivljenje.

Gravitacijsko valovanje pa nastane, ko masivno telo pospešuje. To se navadno zgodi v binarnih sistemih, ko dve telesi krožita v paru okoli skupnega težnostnega središča. To je denimo par Pluton-Haron, so binarne zvezde, dvojne črne luknje, lahko pa tudi nekatere nevtronske zvezde. Če se dve črni luknji približujeta druga drugi, pospešujeta svoje kroženje, in to je tisto, kar razpošlje motnje prostor-času daleč naokoli. Povezano je tudi z visokoenergijskimi dogodki, kot so eksplozije zvezd (supernove) ali celo sam veliki pok.

Prednost pred svetlobo je, da gredo valovi popačenja v prostoru-času nemoteno skozi snov. Če je med Zemljo in nekim objektom velik oblak prahu in plina, ki bi svetlobo zaustavil, za težnostno valovanje to ni težava.

Komaj zaznavne spremembe
Težava pa je v tem, da so nastali valovi kljub nepredstavljivo visokim oddanim energijam še vedno zelo, zelo šibki in majhni. Tudi zato jih s površja našega planeta neuspešno poskušajo zaznati že desetletja, saj je Zemlja sama moteči dejavnik.

Zato bo LISA Pathfinder postavljen 1,5 milijona kilometrov stran od Zemlje, in to na sladko težnostno točko L1. Tam vlada precej večja "tišina" in manj je težnostnih sprememb, saj je točka stabilna in se glede na prej omenjena objekta ne spreminja.
Glede na cilje Ese je to zelo pomembno. Na agenciji namreč nameravajo izmeriti izjemno drobno krčenje prostora, primerljivo s tem, da se prostor med dvema milijonoma kilometrov oddaljenima objektoma zmanjša za milijoninko milijoninke metra.

Zlati kocki
Pathfinder bo to najprej poskušal na precej manjši skali. Znotraj same naprave bosta postavljeni dve kocki iz zlata in platine z medsebojno razdaljo 38 centimetrov. Ne bosta pritrjeni, temveč bosta lebdeli v dveh posebnih vakuumskih komorah, tako kot da satelit okoli njiju sploh ne bi obstajal. Obdani bosta z veliko količino zapletenih merilnih naprav, ki bodo ves čas merile njun položaj.

Naloga je daleč od enostavne, saj je treba odstraniti ogromno drugih dejavnikov, ki bi lahko povzročili premike. Sončna svetloba bo še vedno izvajala pritisk na sončno plovilo, še vedno bo potopljeno v številna magnetna polja, in še vedno so tu spremembe zaradi padajočih/naraščajočih temperatur. Tudi satelit sam ima lastno težnost, ki bo vplivala na eksperiment. In ne nazadnje, tudi v najboljšem vakuumu še vedno obstajajo molekule, ki se bodo v kocki zabijale. Esa pa hoče meriti premike kocke v rangu pikometra - torej le drobca premera atoma.

Mikronewtonski potisniki
Pri tem bo treba v teh dolžinah prilagajati tudi položaj satelita glede na v notranjosti lebdeči kocki. Za to so razvili poseben laserski sistem v kombinaciji s potisniki, ki bodo oddajali komaj zaznaven, mikronewtonski pritisk. "Skrajna natančnost meritev in nadzor nad plovilom, ki je pri tem potreben, sta nam v hud izziv," je izjavil César García Marirrodriga, vodja projekta.

"Pravzaprav je pri tem popolnoma novem tipu misij vse izziv. Od inovativnih instrumentov, novega modeliranja samogravitacije znotraj plovila do kompleksnih integracijskih testov. Inženirske in znanstvene ekipe so se soočile z zastrašujočimi nalogami. In zdaj smo tu: plovilo je pripravljeno na izstrelitev," je dodal.

Raketo Vega, ki bo LISO popeljala v orbito okoli Zemlje, bodo predvidoma prižgali novembra iz Francoske Gvajane. LISA bo polagoma, čez predvidoma osem tednov, z lastnim pogonom zapustila orbito Zemlje in se ugnezdila na L1.

Glavna predstava pride zatem
Če bo šlo vse po sreči, bo ta pilotni projekt prižgal zeleno luč za glavno predstavo: 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.

Vse po sreči za Eso do zdaj zagotovo ni šlo. Pri prvotnem načrtu je sodelovala tudi Nasa in s tem prevzemala del razvoja opreme in financiranja. Leta 2011 pa je od misije odstopila in pri tem navedla krčenje proračuna. S tem je celotno breme padlo na Eso, ki je zato pripravila alternativni scenarij, poimenovan eLISA. Ta je zdaj aktualen in predvideva "le" dva satelita, oddaljena milijon kilometrov. Po poročanju BBC-ja pa je to povzročilo zgražanje v znanstveni skupnosti in vsebinska vprašanja, ali bi s tem lahko res dobili zanesljive potrditve težnostnih valov. Po poročanju britanskega medija je misija do zdaj stala 440 milijonov evrov. Glavni izvajalec je Airbus.

Ker je do leta 2034, ko naj bi glavni sistem zletel v nebo, še veliko časa, se bo morda Nasa spet pridružila projektu. Na BBC-ju špekulirajo, da utegne tudi Esa sama spet pognati projekt v prvotnem obsegu. Do takrat pa bo (skoraj) gotovo Evropski vesoljski agenciji pridružena tudi Slovenija.

Valovi velikega poka
Tema gravitacijskih valov je bila pred kakim letom aktualna tudi zaradi, kot so se tedaj izrazili, "odmeva velikega poka". Ekipa znanstvenikov je na Antarktiki merila polarizacijo najstarejše svetlobe sploh, kozmičnega mikrovalovnega sevanja. Teorija namreč pravi, da je ob velikem poku nastalo največje gravitacijsko valovanje vseh časov, takšno, da je veliko kot vesolje samo in da v 14 milijardah let še niti dvakrat ni zanihalo. To valovanje bi moralo pustiti svoj prstni odtis na prasevanju in ekipa za BICEP2 je takrat menila, da je zaznala prav to. Omenjala se je Nobelova nagrada, a zgodba se je končala tako, da so priznali napako in začeli znova. Morda bo morala tudi Esa, če Pathfinder ne bo obrodil sadov.
Video 1: Zlati kocki v notranjosti plovila

Video 2: Animacija izstrelitve na raketi Vega