中國(guó)“空間太極計(jì)劃”首席科學(xué)家、中科院院士胡文瑞（左）、吳岳良。

　　

　　空間太極計(jì)劃標(biāo)識(shí)

　　從上世紀(jì)70年代的自主研發(fā)引力波探測(cè)器，到如今的“天琴計(jì)劃”、“阿里實(shí)驗(yàn)計(jì)劃”、“空間太極計(jì)劃”，中國(guó)科學(xué)家在“捕捉”引力波、探索宇宙初創(chuàng)奧秘的征程中一直在奮起直追。

　　中國(guó)探索腳步艱辛

　　1969年，美國(guó)馬里蘭州立大學(xué)的約瑟夫·韋伯宣稱，他已探測(cè)到不排除為引力波的信號(hào)，引起物理學(xué)界極大關(guān)注。

　　雖然當(dāng)時(shí)條件艱苦，但是在這個(gè)世界頂級(jí)難題的漫長(zhǎng)求索中，中國(guó)科學(xué)家從未放棄過(guò)自己的努力。上世紀(jì)70年代初，中山大學(xué)物理系教授陳嘉言等科學(xué)家決定白手起家，尋找引力波。沒(méi)有實(shí)驗(yàn)室，他們就借來(lái)一間不足30平方米的、潮濕而不通風(fēng)的地下室。清理房子，刷石灰，裝電燈，搬石塊，查文獻(xiàn)，借儀器……1976年，他們裝起了引力波天線模擬系統(tǒng)，并取得第一批實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

　　同年，國(guó)家科委和教育部把這項(xiàng)研究定為國(guó)家重點(diǎn)研究項(xiàng)目，批準(zhǔn)建筑專用實(shí)驗(yàn)室。但是基建工程、建筑材料、承建隊(duì)伍都得自己聯(lián)系。為此，科學(xué)家們自己清洗小房間大大小小的鋼制真空罐、自己去切割搬運(yùn)數(shù)十米長(zhǎng)的鋼軌。終于在上世紀(jì)80年代初，他們用簡(jiǎn)單的、最原始的棒狀天線，研發(fā)出達(dá)到同類型里世界級(jí)水平的引力波檢測(cè)器。

　　遺憾的是，1982年，陳嘉言不幸在真空罐中觸電殉職。此后，由于人才隊(duì)伍接續(xù)等問(wèn)題，中國(guó)的引力波研究停滯了許多年。直到2008年，在中國(guó)科學(xué)院力學(xué)所國(guó)家微重力實(shí)驗(yàn)室胡文瑞院士的推動(dòng)下，空間引力波探測(cè)工作組成立，引力波的中國(guó)研究才再啟征程。

　　另辟蹊徑追趕世界

　　一般來(lái)說(shuō)，針對(duì)不同頻率的引力波信號(hào)源，探測(cè)的方式也會(huì)有所不同。主要有四種情況：

　　第一種是超大質(zhì)量黑洞并合時(shí)發(fā)出的引力波，對(duì)應(yīng)的頻率在百萬(wàn)分之一到一萬(wàn)分之一赫茲。科學(xué)家可用若干精確校準(zhǔn)后的毫秒脈沖星在宇宙中排成校準(zhǔn)源陣列，利用地面的大型射電望遠(yuǎn)鏡來(lái)尋找引力波。

　　第二種頻率為十萬(wàn)分之一到一赫茲，對(duì)應(yīng)的信號(hào)源通常為質(zhì)量更小一些的大質(zhì)量黑洞并合過(guò)程的后期，可通過(guò)空間衛(wèi)星陣列來(lái)探測(cè)。例如歐洲空間局的空間激光干涉引力波探測(cè)項(xiàng)目。

　　第三種是這次宣布探測(cè)到的幾十到幾千赫茲的高頻段引力波，其信號(hào)源是中子星、恒星級(jí)黑洞等致密天體組成的雙星系統(tǒng)并合過(guò)程，探測(cè)手段是地面數(shù)公里的激光干涉裝置。

　　第四種是“原初”引力波，它是宇宙大爆炸時(shí)宇宙時(shí)空劇烈的暴脹過(guò)程中產(chǎn)生的信號(hào)，需要對(duì)宇宙微波背景輻射進(jìn)行觀測(cè)。

　　目前，中國(guó)的引力波研究主要有兩個(gè)方向，一是由中山大學(xué)領(lǐng)銜的“天琴計(jì)劃”，去太空捕捉引力波；二是由中科院高能物理研究所主導(dǎo)的“阿里實(shí)驗(yàn)計(jì)劃”，目標(biāo)是在地面探測(cè)“原初”引力波。

　　“天琴計(jì)劃”將開(kāi)展空間引力波探測(cè)計(jì)劃任務(wù)的預(yù)先研究，制定中國(guó)空間引力波探測(cè)計(jì)劃的實(shí)施方案和路線圖，并開(kāi)展關(guān)鍵技術(shù)研究。整個(gè)計(jì)劃大約需要20年，投資大約150億元。

　　該計(jì)劃主要分四個(gè)階段。第一階段是完成月球/衛(wèi)星激光測(cè)距系統(tǒng)、大型激光陀螺儀等“天琴計(jì)劃”地面輔助設(shè)施。第二階段是完成無(wú)拖曳控制、星載激光干涉儀等關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證，以及空間等效原理實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。第三階段是完成高精度慣性傳感、星間激光測(cè)距等關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證，以及全球重力場(chǎng)測(cè)量。第四階段是完成所有空間引力波探測(cè)所需的關(guān)鍵技術(shù)，發(fā)射3顆地球高軌衛(wèi)星進(jìn)行引力波探測(cè)。

　　“阿里實(shí)驗(yàn)計(jì)劃”則擬在位于我國(guó)阿里地區(qū)獅泉河鎮(zhèn)以南約20公里處、海拔5100米的山脊上建立引力波觀測(cè)站。該計(jì)劃負(fù)責(zé)人、中科院高能所研究員張新民解釋稱，這里海拔高、云量少、水汽低、透明度高，同時(shí)具備望遠(yuǎn)鏡建設(shè)與運(yùn)行基礎(chǔ)的臺(tái)址，提供了北半球最好的觀測(cè)臺(tái)址，將用于探測(cè)極早期宇宙“暴漲”過(guò)程、尋找宇宙“原初”引力波。他預(yù)計(jì)，首批成果可望約5年內(nèi)“出爐”。

　　而就在LSC宣布探測(cè)到引力波不久，2月17日，中科院宣布了經(jīng)8年醞釀的“空間太極計(jì)劃”。首席科學(xué)家胡文瑞表示，中國(guó)將在2030年前后發(fā)射3顆衛(wèi)星（目前尚不得知其是否就是“天琴計(jì)劃”第四階段將發(fā)射的3顆衛(wèi)星），觀測(cè)雙黑洞并合和極大質(zhì)量比天體并合時(shí)產(chǎn)生的引力波輻射，以及其它的宇宙引力波輻射過(guò)程。

　　除了專門的引力波計(jì)劃，結(jié)合我國(guó)國(guó)情，我國(guó)在探測(cè)引力波上并沒(méi)有像美國(guó)一樣建設(shè)激光干涉儀這樣的直接探測(cè)引力波設(shè)備，而是投入到射電望遠(yuǎn)鏡中，以找到射電天文學(xué)與引力波監(jiān)測(cè)的結(jié)合點(diǎn)。