引力波探測征途上，中國在爭奪這些“第一”

　　本報記者 張蓋倫 高 博

　　人類第一次直接探測到引力波的榮耀桂冠，已經(jīng)被美國激光干涉儀引力波天文臺（LIGO）摘取。16日凌晨LIGO公布的新發(fā)現(xiàn)，也打消了那些關(guān)于引力波事件會否成為“孤證”的擔(dān)憂。

　　大洋彼岸的新消息，也給中國科學(xué)研究者帶來信心。“這更確證引力波的存在?！敝锌圃涸菏?、中科院理論物理研究所研究員吳岳良告訴科技日報記者：“空間探測和地面探測的科學(xué)目標(biāo)不一樣，觀測的引力波事件也不一樣。LIGO的發(fā)現(xiàn)不會對我們的既定計劃造成影響?！?/p>

　　吳岳良說的“既定計劃”，就是中科院領(lǐng)銜的空間引力波探測“太極計劃”。太極計劃要將引力波探測星組發(fā)射升空，用激光干涉方法進(jìn)行中低頻波段引力波的直接探測。

　　地上有了戰(zhàn)果累累的LIGO，還有意法合作的Virgo，英德合作的GEO 600……一張分布全球的引力波探測網(wǎng)絡(luò)正在逐步織就。為什么還得那么費勁要上天呢？

　　這是因為，引力波來自宇宙天體的質(zhì)量或能量變化，不同頻率的引力波對應(yīng)于宇宙演化的不同時期和不同的天體物理過程。受地面空間距離限制和地球重力梯度噪聲的影響，引力波地面干涉儀只能探測10赫茲以上的高頻引力波，它主要來自致密雙星。

　　空間引力波探測，是給人類裝上聆聽中低頻引力波的耳朵。中科院院士、中科院力學(xué)研究所研究員胡文瑞曾經(jīng)打了個這樣的比方：如果引力波探測是一支交響曲，那么彈奏它主樂章的地點，還應(yīng)該在空間。

　　早在1993年，歐空局就首先提出了激光干涉空間天線（LISA）計劃。而后美國NASA從該計劃中退出，LISA成了現(xiàn)在的eLISA（evolved LISA）。太極計劃是一個中歐合作項目，它將于2035年左右發(fā)射三顆衛(wèi)星組成等邊三角形探測星組，繞日運行；和歐空局計劃2035年發(fā)射的eLISA衛(wèi)星組同時巡游太空，各自獨立探測，互相驗證結(jié)果。

　　“空間引力波探測，所涉及的關(guān)鍵技術(shù)與地面探測有很大不同：一是保證測試質(zhì)量的無拖曳運動；二是實現(xiàn)空間長基線的弱光干涉技術(shù)?！眳窃懒冀榻B。

　　去年12月，歐空局發(fā)射了LISA計劃的關(guān)鍵技術(shù)驗證衛(wèi)星LISA探路者。前幾天LISA探路者號帶來了好消息——太空觀測引力波確實行得通。

　　這對中山大學(xué)主導(dǎo)的“天琴計劃”同樣也是利好。

　　和太極計劃不同，天琴計劃的引力波探測星組將繞地球軌道運行。而且，它的階段性科學(xué)目標(biāo)更為明確：探測來自某一確定雙星系統(tǒng)的引力波?！啊濉陂g，進(jìn)行月球和深空衛(wèi)星激光測距；‘十四五’期間，進(jìn)行空間等效原理檢驗，發(fā)射下一代重力衛(wèi)星；‘十六五’期間，發(fā)射衛(wèi)星進(jìn)行探測。” 中科院院士、中山大學(xué)校長羅俊在今年中科院院士大會的學(xué)部專題學(xué)術(shù)報告會上介紹。

　　天琴計劃基礎(chǔ)設(shè)施一期工程已經(jīng)在珠海開建。2018年，嫦娥四號將在月球背面著陸，發(fā)射中繼星進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞?！拔覀儗⒃谥欣^星上搭載新一代反射器進(jìn)行激光測距實驗?！绷_俊說。

　　“引力波探測的技術(shù)難度非常大，但對基礎(chǔ)研究有重要意義；空間引力波探測有特殊的重要性，但在國際上還是空白?！绷_俊指出，引力波探測工程在部分關(guān)鍵技術(shù)上，國內(nèi)還是和歐空局的eLISA有差距，“挑戰(zhàn)和機(jī)遇并存”。

　　看似擁擠的引力波探測賽場上，還有一個尚未取得成果的領(lǐng)域，那就是原初引力波的探測。中科院高能物理研究所研究員張新民形容它為“聆聽宇宙的初啼”。原初引力波探測原理與LIGO完全不同，研究人員要在宇宙微波背景輻射中找到引力波的獨特印記，這或許能幫助人們了解，在宇宙誕生伊始到底發(fā)生了什么。

　　張新民告訴科技日報記者，在北半球，宇宙微波背景輻射的最佳觀測點之一，就是我國西藏阿里地區(qū)。阿里地區(qū)大氣透射率高、水汽含量少，而且已經(jīng)具備了完善的臺址條件，“天時地利”。他透露，兩到三年內(nèi)，項目團(tuán)隊會在海拔5300米處放置阿里1號望遠(yuǎn)鏡，實現(xiàn)北天區(qū)的首次觀測；接著提高望遠(yuǎn)鏡靈敏度，建設(shè)阿里2號望遠(yuǎn)鏡，預(yù)計可能放置在海拔6000米處?！鞍⒗?號的設(shè)計方案和天文臺基建方案都在推進(jìn)?！?/p>

　　無論是打“太極”、奏“天琴”還是登“阿里”，中國科學(xué)界正嘗試在引力波探測領(lǐng)域，發(fā)出自己的聲音。