修复世界上最复杂的科学观测站之一的内部问题，似乎是需要数百万美元升级或革命性新技术的挑战。但对于正在研究激光干涉引力波天文台（LIGO）的科学家们而言，该天文台监听因黑洞合并等宇宙碰撞而产生的时空涟漪，解决一项温和但持续的工程挑战竟然如此简单，只需使用一台现成的相机。加州大学河滨分校的乔纳森·理查森（Jonathan Richardson）带领的团队通过将商用热成像相机与计算机模型相结合，开发出一种技术，修正了观测站镜子上的微小热引起的失真——这是科学家们称其为当前限制该设施深入观察深空的一个难以捉摸的缺陷。理查森在一份声明中表示：“这不需要任何新技术的开发，这在解决LIGO仪器问题时几乎是闻所未闻的。”一旦纳入LIGO即将进行的升级，理查森和他的团队估计，该修复将使观测站的观察范围增加大约3300万光年。这个增益在宇宙的巨大规模面前可能显得微不足道，但由于空间在三维中扩展，即使将探测器的观察范围稍微扩展，也会打开一个指数级更大的空间窗口。能够更深入地观察宇宙将使天文学家“听到”更多的宇宙涟漪，从而提高发现当今超出LIGO能力范围的宇宙中最猛烈碰撞的潜力。LIGO使用位于美国华盛顿州和路易斯安那州的双L型设施来探测这些称为引力波的宇宙涟漪。在每个探测器内，激光束沿着两条2.5英里（4公里）长的隧道发射，在每个隧道的两端反射效果极佳的镜子。当引力波穿过地球时，它会微妙地拉伸一个隧道并挤压另一个。这个微观的位移使激光束发生微小的偏移，产生一缕微弱的光，提醒科学家们远处的宇宙事件。理查森团队的研究人员正在测试一种新型自适应光学设备，旨在精确地重塑LIGO主要镜子的表面。（图片来源：LIGO实验室/阿尔诺·佩尔）由于这些宇宙信号微乎其微，保护每一个光子至关重要。为了实现这一点，LIGO依赖于反射99.9999%激光光的镜子，使其成为有史以来最纯净的光学组件之一。然而，即使是这些近乎完美的镜子也存在一个不可避免的缺陷。镜子仍然会吸收一小部分强激光光。这种能量会转化为热量，使镜子的表面扭曲仅仅几纳米，足以扭曲激光束并降低观测站的整体灵敏度。物理学家们早已知道，他们可以通过向镜子背面施加有针对性的热量来抵消这些失真。困难的部分在于准确测量失真，以便能够以精确的方式施加修正热量。华盛顿州的LIGO汉福德观测站的鸟瞰图。（图片来源：公共领域/LIGO汉福德观测站）该新技术使用红外热成像和现有计算机模型重建镜子表面上的失真地图。理查森在声明中表示：“你可以将其视为拍摄汽车发动机的红外照片。工程师可以查看外部的温度模式，并推断发动机内部发生了什么。我们在LIGO的镜子上做的就是同样的事情。”而且，这项技术不仅仅是LIGO的修复。它还预计将成为计划于2030年代中期建设的下一代美国引力波观测站“宇宙探测者”（Cosmic Explorer）的基础设计的一部分。宇宙探测者的臂长达到25英里（40公里）——是LIGO的10倍——已经设计成能够探测远远超出当今观测站范围的引力波事件。这项新技术将进一步增强其最终的探测能力。理查森在声明中表示：“下一代引力波探测器的目标是实现当前仪器灵敏度的约10倍。实现该目标的关键障碍之一是降低限制测量精度的根本量子力学噪声。”该技术的相关描述刊登在7月16日的《经典与量子引力》期刊上。