中國(guó)布局引力波探測(cè) 提出“空間太極計(jì)劃”

美國(guó)科學(xué)家近日宣布成功探測(cè)到引力波，證實(shí)了愛因斯坦引力理論的最后一項(xiàng)預(yù)言，震動(dòng)世界。中國(guó)也正在積極布局引力波探測(cè)和研究，中國(guó)科學(xué)院16日公布了空間引力波研究與探測(cè)的“空間太極計(jì)劃”。

按照這一計(jì)劃，中國(guó)將在2030年前后將發(fā)射三顆衛(wèi)星組成的引力波探測(cè)星組，用激光干涉方法進(jìn)行中低頻波段引力波的直接探測(cè)。主要科學(xué)目標(biāo)是觀測(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，以及其他的宇宙引力波輻射過程。

據(jù)介紹，空間引力波探測(cè)被列入了中科院制訂的空間2050年規(guī)劃。2008年由中科院發(fā)起，中科院多個(gè)研究所及院外高校科研單位共同參與，成立了中國(guó)科學(xué)院空間引力波探測(cè)論證組，開始規(guī)劃中國(guó)空間引力波探測(cè)在未來數(shù)十年內(nèi)的發(fā)展路線圖。經(jīng)過幾年的努力，目前已形成中科院院士胡文瑞、吳岳良為首席科學(xué)家的“空間太極計(jì)劃”工作組，在引力波源的理論及探測(cè)研究和衛(wèi)星技術(shù)研究上取得了諸多進(jìn)展。

胡文瑞院士介紹，“空間太極計(jì)劃”是一個(gè)中歐合作的國(guó)際合作計(jì)劃，目前有兩個(gè)方案。方案I是參加歐洲空間局的eLISA雙邊合作計(jì)劃，今年秋天將召開第三次雙方科學(xué)家會(huì)議，完成雙邊合作的可行性報(bào)告。方案II是2033年前后發(fā)射一組中國(guó)的引力波探測(cè)衛(wèi)星組，與2035年左右發(fā)射的eLISA衛(wèi)星組同時(shí)邀游太空。屆時(shí)，中國(guó)衛(wèi)星組與eLISA衛(wèi)星組同時(shí)在空間獨(dú)立進(jìn)行引力波探測(cè)，互相補(bǔ)充和檢驗(yàn)測(cè)量結(jié)果。

“空間太極計(jì)劃”涉及學(xué)科領(lǐng)域和前端技術(shù)廣泛，需要發(fā)展空間超遠(yuǎn)距離超高精度激光測(cè)量、超高靈敏度慣性傳感器，以及超高精度衛(wèi)星無拖曳控制等下一代高端空間技術(shù)，這些技術(shù)對(duì)于提升中國(guó)空間科學(xué)和深空探測(cè)的技術(shù)水平具有重要意義，對(duì)慣性導(dǎo)航、地球科學(xué)、高精度衛(wèi)星平臺(tái)建設(shè)等應(yīng)用領(lǐng)域也將發(fā)揮積極的作用。

“我國(guó)目前的技術(shù)能力與國(guó)際先進(jìn)水平還有一定的差距，這種差距可以通過良好的國(guó)際合作得到一定彌補(bǔ)。”胡文瑞說，目前太極計(jì)劃工作組與國(guó)際同行已建立了廣泛的聯(lián)系，與德國(guó)馬普學(xué)會(huì)引力物理研究所和萊布尼茨大學(xué)愛因斯坦研究所確立了深度合作關(guān)系。

一百年前，愛因斯坦在創(chuàng)立了廣義相對(duì)論后不久就提出了引力波存在預(yù)言。百年來，世界各國(guó)科學(xué)家為尋找引力波付出了巨大努力，建造了多種實(shí)驗(yàn)裝置。今年2月11日，美國(guó)“激光干涉引力波天文臺(tái)”(LIGO)宣布第一次直接探測(cè)到引力波，為人類開啟了宇宙觀測(cè)的全新窗口。

“針對(duì)不同頻率的引力波信號(hào)源，需要不同的引力波接收器，LIGO實(shí)驗(yàn)在它的工作頻段證實(shí)引力波的存在，也就是說，引力波在其他廣泛的頻段都應(yīng)該存在，如果在對(duì)應(yīng)這些引力波頻段的探測(cè)上建造領(lǐng)先的實(shí)驗(yàn)裝置，就會(huì)在未來的引力波科學(xué)大發(fā)現(xiàn)上占據(jù)先機(jī)。”美國(guó)麻省理工學(xué)院物理系研究員蘇萌說。

LIGO的發(fā)現(xiàn)讓中國(guó)科學(xué)家對(duì)中國(guó)引力波研究充滿期待。除了中科院提出的“空間太極計(jì)劃”，中國(guó)引力波探測(cè)計(jì)劃還包括中山大學(xué)領(lǐng)銜的“天琴計(jì)劃”和中科院高能物理研究所主導(dǎo)的“阿里實(shí)驗(yàn)計(jì)劃”。“天琴計(jì)劃”的目標(biāo)是去太空捕捉引力波；“阿里實(shí)驗(yàn)計(jì)劃”的目標(biāo)則是在地面探測(cè)宇宙大爆炸初期的原初引力波。

“LIGO的發(fā)現(xiàn)證明了引力波的存在，我們可以滿懷信心地去尋找不同波段的引力波，就像不同波段的電磁波譜一樣。”蘇萌說，“比如阿里實(shí)驗(yàn)計(jì)劃將實(shí)現(xiàn)首次對(duì)北半球可見天區(qū)的原初引力波搜尋，是我國(guó)獨(dú)具特色的引力波研究項(xiàng)目，如果成功將是下一個(gè)引力波領(lǐng)域、宇宙學(xué)、高能物理的重大突破。”

“目前在國(guó)際引力波探測(cè)領(lǐng)域，中國(guó)的影響幾乎為零，希望借此機(jī)會(huì)更大推動(dòng)國(guó)內(nèi)引力波研究的發(fā)展。”中科院院士、中科院高能物理研究所所長(zhǎng)王貽芳說。（新華社記者吳晶晶 白國(guó)龍）