重力波望遠鏡 を重力方向にもう一本

質問

重力波を検出して
　光学望遠鏡に観測方向を指示すると
　 二重星合体などを、発光前から観測できます。
　二重星の大きさの違いで
　 生成される金やウランなどの重い原子の割合も判明して
　太陽は特別なのか、どこにでもあるのか、が判ります。

重力波望遠鏡は
　微振動の無い、2本の数キロのトンネルが必要で
　それをXY方向として、その差の異常値を分析して
　発生源の方向を特定します。 しかし
　2本では"線上のどこか"が判明するだけです。

もし、Z方向も検出すれば
　発生源の方向が、点にまで特定できるでしょう。

さて
　広大な土地のある合衆国や欧州は
　　地上置きのトンネルを安上がりに設置していますが
　日本のKAGRAは、岩盤をXY方向に掘りました。
　もう一本 Z方向に掘れば、他国のデータがなくても
　　独自に、正確な方向も特定できるはずです。

仮にKAGRAで、もう一本の工事をするには
　数年の期間を要し、観測不能な期間となり
　　海外にも迷惑を掛けますが
　重力波に関するノーベル賞は持っていかれたので
　　後は、超高精度な位置検出を目標にすべきです。

他国が真似の出来ない事なのですが
　Z方向にもう一本は、可能でしょうか？。

1本増やすと格段に強化される例えがあって
　交流電力の送電効率は、電線2本の場合に比べ
　　一本増やすだけで３倍の効率になります。
　GPS衛星は、3台に比べ4台だと精度が向上します。

回答No.2

lumiheart · ベストアンサー

http://www.jdc.co.jp/business/offshore/h14.php
最大掘削深度 35,000 ft (10,688 m)

ちきゅう
http://www.jamstec.go.jp/chikyu/j/about/drilling/drilling.html
http://www.jamstec.go.jp/chikyu/j/about/faq.html
www.jamstec.go.jp/chikyu/j/about/drilling/coring.html
穴径１ｍくらいで掘削深さ３０００ｍらしい

穴径１０ｍ必須なら別ですが
１ｍくらいでも良ければローコストで実現可能かも？

Ｘ－Ｙ軸原点とＺ軸原点が１０００ｋｍくらい離れていたとしても
何万光年の彼方からすれば誤差以内であろうと思う
あと、問題はその穴内部に計測値を入れて真空にする方法かな？

お礼

ご丁寧な、回答ありがとうございます。

補足

>１ｍくらいでも良ければローコストで実現可能かも？
この話題とは別に、
水爆を地下1000mで爆発させ、地震を誘発させる事を考えています。

地震源のエネルギーは貯まり続け、その量も開放時刻も予測できません。
　予知委員会が、巨額の研究費を使ったのに「予測できない」と宣言しています。
それなら、巨大に貯まる前に、万全の準備をして、開放するのです。
もし地震が起こらなければ、数十年間、地震の不安から解放されます。
法制化も必要で、爆発させる午前10時前には
交通機関や耐震性の低い構造物から退避させます。
被害が有っても 「不意に壊滅的な地震が来るよりまし」です。

今 福島に貯まったトリチウムが使えます。
トランプも日本の核を容認していますし、対北朝鮮の抑止力にもなります。

昔、雲仙普賢岳の、徐々に膨らむ溶岩ドームが不定期に崩れました。
　一日中 火砕流に怯え、避難生活が続きました。

午前10時に艦砲射撃したら良かったのです。
揺れる船からの命中なので、拍手喝采でしょう。
　地上からでは 203高地の様でダメです。
自衛隊の軍事力はこうあるべきです。

回答No.4

masaban

もし重力波があるのなら、2軸なら平面の座標を測定でき、3軸の測定ができれば、空間の座標を測定できるでしょう．
　しかしです．
　でも重力波は本当に存在するでしょうか?
　後で述べますが、重力波にはウィキペディアの波動とは「空間分布パターンが伝播する現象」という定義があてはまらない．そういう矛盾がまずあります．
　大金を掛けたプロジェクトですが、その資金規模に騙された誤測定の疑いが強いのです．

鉛直方向に３ｋｍ以上掘る技術は昔からあります．
炭鉱でエレベータによって炭鉱夫が切羽まで1日3交代の通勤するとき、数十分数時間かかる深度があったそうです．
　今でも無重力を自由落下により実現する装置のためにその穴が使われるそうです．
　またマントルを調査する地球深部探査船「地球」は「南海トラフにおいて継続的に掘削を行っており、掘削最深部は海底下約3,000 mにまで達し、科学掘削としては世界最深記録を樹立」だそうです．https://www.jamstec.go.jp/chikyu/j/about/
　３軸観察は可能です．
でも3軸測定をしてももともと存在しない重力波なら見つからないでしょう．

　(1)重力波が観察できない理由．2軸に展開した光波の装置は、かつてエーテルの観察を目的としたマイケルソン・モーリーの干渉装置と同じ原理です．
　かれらの装置では振動を避けるために水銀皿を防振装置にしていました．
　防振装置の無い観測器が道路や水路に並んでいたらマイケルソン・モーリーの干渉装置の精度も満たせないでしょう．
　重力波の観察装置にはまったく防振性能がありません．
(2)　エーテルという媒体は存在しません．ところが重力波は波動として「空間分布パターンが伝播する媒体」を必要です．
　もし空間分布パターンが伝播する媒体が宇宙に存在するなら、エーテルも存在しています．おばけがエーテルから重力波に名を変えて再出現したのです．
(3)　重力波はどんな速さで伝搬するのでしょう．光の速さと仮定してみましょう．空間伝播パターンが光と同じ速さで伝搬するのなら、有限速度の伝搬速度です．無限の伝搬速度が無いので、大きく離隔したら、作用に遅れが生じます．
1光年なら1年遅れ、地球の近所の太陽から、地球までの距離１ＡＵでも7分から8分間も遅れるのです．
すると地球のばあい、公転に働く万有引力に矛盾が生じます．
地球の公転が真円軌道なら太陽と地球間の万有引力の向きは軌道円の径(法線)の上にあったはずですが、そのとき地球に届く万有引力の力の向きは正しい向きではなく、軌道上の地球の法線と交角を持った方向へ遅れてしまうでしょう．
　万有引力を直角三角形の斜辺にみたてベクトル分解すれば、地球の運動を減速する成分力と、真円軌道の求心力に満たない法線成分になるのです．
曲線の法線や接線と交角を持ったそのような運動に生じる軌道は径が伸びていく周回を生じ、等角螺旋、対数螺旋という軌道です．
ところが地球は等角螺旋を描いてはいません．地球の運動速度は減速してもいません．
　したがって万有引力の伝搬速度は無限大の速度です．
　無限大の伝搬速度ならば、空間分布パターンが伝播する現象はおきません．すると重力波という波動は存在しません．

結論として３軸観察しても、徒労、浪費でしかないことが明白です．

お礼

丁寧で、理解し易い文章での、科学的な提案を、ありがとうございます。

今、重力波望遠鏡で目論んでいるのは
超新星爆発や二重星合体爆発の後の光りが届く数時間前に
　おぼろげな方向が検出することで、一度は成功したそうです。
重力波の理論が不明でも
　数万光年先の現象が爆発前から観測できるのは
　金やウランなどの重粒子融合シュミレーションに重要な指標を与えます。

回答No.3

lupin__X

重力波観測の原理が全く分かっていませんね。
直交する2つの光路差を干渉として観測します。
1つの強力なレーザー光をビームスプリッターで
直交する2つの光路に2等分する。
通常は、2つの光路の位相を180度になるよう設定し
打ち消すようにする。重力波のような重力変化が
大きなときに打ち消さない光を観測する。
つまり、2つの光路で別々にデータが取れて比較する
のではなく、2つの光路を重ねて1つの観測です。
波源の方向決定には、複数の観測所が必要。
LIGO には、ハンフォードとリビングストンという
3000km 離れている 2つの観測所があります。
光の速さで 10ms の差で、到達時間差で方角を
絞れます。(簡単にいうと近い側が先に観測する。)

http://quasar.cc.osaka-kyoiku.ac.jp/rensei2014/20141130ohishi.pdf

X,Y,Z の直交する3軸の有効な光路は、原理的にはできません。
ビームスプリッターで3軸に3等分は、できません。
3軸の重ね合わせの意味ある検出ができません。
そもそも偏光があって、3軸にできないんですよ。
X,Y の2軸の場合、電界の方向をZ軸にした直線偏光にすると
いったことで精度のよい干渉計ができるわけで、3軸では、
偏光が取れない。

建設できるか以前の問題です。

お礼

ご回答ありがとうございました。

補足

教えて頂いた
>http://quasar.cc.osaka-kyoiku.ac.jp/rensei2014/20141130ohishi.pdf
にも、"検出器が３つの場合"と在ります。 アイデアは既存でしたね、そりゃそうだ。

>ビームスプリッターで3軸に3等分は、できません。
全ての比較の原理は、似た"二つ"の事象の差を検出する事ですね。

"二つ"を３組、計6本のレーザーを使うのです。 岩盤トンネルより安価です。

(振動ノイズ周波数を下げるために質量を増やした）反射鏡の大きさは
　　レーザースポットサイズより巨大なので、分離や干渉は余裕です。

問題は、Z方向反射鏡の保持方法で
　XYは光方向と重力方向が直交していますが、Zは同方向なので
　4本の紐ダンパーの先に反射鏡をぶら下げるのです。
　　自動調整や冷却などは、既存技術が使えるでしょう。

どこかに、KAGURAは1000回往復させているとありましたね。
私は、500mを250回 10000サンプル/秒と考えましたが、
3km1000回なら 400サンプル/秒です。
連星合体時の回転数は、数百回転でしょうから、これでは遅すぎます。
ノイズ除去技術に比例してサンプル数を増やせますけど。

アインシュタインの宿題を、いち早く利用して
　重元素生成の謎解きで、ノーベル賞を頂いて日本の名誉にしましょう。
岩石惑星で育まれた者への最後の課題でもあります。

回答No.1

fujiyama32

＞Z方向にもう一本は、可能でしょうか？
不可能であろうと思います。
Z方向とは上下方向です。
KAGRAのトンネルの長さは3ｋｍです。
＜上方向の場合＞
KAGRAは地下200ｍに設けられていますので、上に向けてトンネルを
設けますと2.7ｋｍ(＝3ｋｍ－0.2ｋｍ)が地上に出ることになりますので
現在の技術では建設できないでしょう。
また、振動や揺れの問題も解決する必要があります。
しかもパイプ内部は真空にする必要もあり、強度的な問題もあります。
＜下方向の問題＞
下方向も深さ3ｋｍ、直径(10ｍ？)も掘削することも現在の技術では建設
できないでしょう。
また、掘削した岩石をどのような技術で引き上げるのか？
さらに高温度の湧水をどのような方法でくみ上げるか？
この他にも種々の問題もあると思います。

お礼

ご丁寧な、回答ありがとうございます。

補足

メンテナンス用のエレベーターも必要ですが
直径2mならパイプと共存できるでしょう。
それでも、深度方向への3000mは不可能ですね。

600mなら出来ても、観測距離を伸ばすため
パイプ内で反射を繰返す必要があります。
ただし、反射鏡のノイズがそのまま倍加されます。
欧米の30倍はありそうなKAGURAの機器精度なら大丈夫でしょう。
さて
超新星爆発の、収縮が止まって膨張に変わる瞬間は
きっと興味深い振動があるハズなので細かく観測したいです。
仮に
500mを250回往復させてのデータ間隔は0.1ms なので、
　　（ 600*2*250/(3*10e8)=0.0001s ）
秒10000回のサンプルを得られます。
これなら文句無く、単独でノーベル賞でしょう。