利用LISA Pathfinder对微流星体的探测与表征

太阳系包含源自小行星、彗星及其他天体的尘埃与小颗粒种群。这些颗粒已通过多种技术被研究，从原位卫星探测器到月球微陨石坑分析，再到黄道光的地基观测。在本文中，我们描述了一种利用LISA Pathfinder (LPF)任务作为仪器来探测并表征地球-太阳L1附近尘埃颗粒动力学的方法。LPF计划于2015年末发射，是一项专门的技术演示任务，将验证未来天基引力波天文台的数项关键技术。LPF上的主要科学仪器是一台精密加速度计，我们证明其能够感知小至$4\times 10^{-8}\,\textrm{N}\cdot\textrm{s}$的离散动量冲量。随后，我们基于内太阳系微流星体环境的标准模型，估算由微流星体撞击产生的此类冲量速率。我们发现，在LPF围绕L1的$5\times 10^5\,\textrm{km}$乘$8\times 10^5\,\textrm{km}$利萨茹轨道中大致六个月的科学运行阶段内，LPF可能探测到数十至数百个对应于质量$> 10^{-9}\,$g颗粒撞击的独立事件。此外，我们估算了LPF通过测量总转移动量、撞击方向以及航天器上撞击位置等量来表征单次撞击的能力。LPF提供的通量与方向信息可揭示单次撞击的性质与起源，并有助于约束一般行星际尘埃复合体的模型。另外，这种对微流星体撞击的直接原位测量对未来针对L1附近环境的航天器设计者具有价值。