逐鹿空間引力波 中國“太極”穩扎穩打

科技日報記者 劉園園

幾年前，美國激光干涉引力波天文臺（LIGO）一舉摘下人類首次直接探測到引力波的桂冠。不過，該盛事發生在地球表面，在太空直接聆聽宇宙琴弦迄今還未實現。

如今，后者正成為引力波科學界群雄競逐之鹿。

4月17日至18日，香山科學會議聚焦中國空間引力波探測及國際協作聯盟。科技日報記者在會議期間獲悉，由中國科學家提出的空間引力波探測“太極計劃”，正按預期目標穩步推進并已取得重要進展。

初步掌握多項關鍵核心技術

“我國科學家從2008年開始探討中國的空間引力波探測計劃，經多年醞釀、調研和積累，2016年中科院正式提出空間引力波探測‘太極計劃’。”該計劃首席科學家、中科院院士吳岳良接受科技日報記者采訪時介紹。

吳岳良介紹，“太極計劃”由3顆以太陽為中心的衛星組成，呈正三角形編隊。每顆衛星間距300萬公里，將采用高精度星間激光干涉測距技術和無拖曳航天技術，對空間引力波進行探測和研究。

盡管也是利用激光干涉的基本原理，在空間環境探測引力波絕非易事。為實現目標，“太極計劃”提出“三步走”發展路線圖。

第一步，希望在2020年逐步形成空間引力波探測技術能力；第二步，希望在2023年發射“太極”關鍵技術雙星驗證星“太極探路者”；第三步，利用“太極探路者”的技術積累，在2033年發射“太極”三星。

中科院院士胡文瑞同為“太極計劃”首席科學家，他告訴科技日報記者，實現“太極計劃”至少需要攻克28種關鍵核心技術。

“在前期預備研究過程中，‘太極計劃’研究組通過方案論證、原理實驗演示、部分系統的原理樣機研制等，在關鍵技術方面打下一定基礎。”吳岳良透露，目前“太極計劃”研究組已初步掌握超穩干涉儀、高精度相位計、高精度角位移敏感器、低噪探測器和超穩望遠鏡等關鍵核心技術及制作。

多項計劃正緊盯空間引力波

空間引力波之所以成為新靶標，是因為它與地面探測到的引力波頻段不同。

“LIGO探測的是高頻引力波，而‘太極計劃’探測的是低頻引力波，頻段集中在0.1毫赫茲到1赫茲。”中科院院士、會議執行主席蔡榮根接受科技日報記者采訪時說，高頻引力波一般由幾個或幾十個太陽質量黑洞并和產生，而低頻引力波則可能由上萬甚至上千萬太陽質量的大質量黑洞和超大質量黑洞并和產生。

蔡榮根介紹，對低頻引力波的探測將有助于理解超大質量黑洞的形成、演化和分布，并對科學家認識宇宙結構產生重大影響。

“LIGO的發現可能是序曲，引力波的主旋律在深空。美國科學委員會曾在一份報告中指出，直接探測到低頻引力波將是諾獎級的重大發現。”胡文瑞告訴科技日報記者，在1赫茲左右的頻段，空間引力波探測還有望發現宇宙原初引力波，傾聽宇宙誕生之初的輕啼。

正因意義重大，國內、國際范圍內空間引力波探測的競爭可謂激烈。

胡文瑞介紹，國際上最著名的是歐洲空間局發起、美國國家航空航天局參與的激光干涉空間天線（LISA）計劃。目前LISA預計2034年發射，與“太極計劃”預計發射時間相差無幾。除此之外，美國的BBO計劃和日本的DECIGO計劃也對空間引力波探測躍躍欲試。

在國內，中山大學團隊2015年提出空間低頻引力波探測的“天琴計劃”。該計劃也將采用3顆衛星探測方案，與“太極計劃”的不同之處在于衛星將繞地球運轉，衛星間距約17萬公里。

“目前‘太極計劃’和‘天琴計劃’都是預研性計劃。國內需整合實力，逐漸形成三星組探測的囯家計劃，并開展相應的國際合作。”胡文瑞建議。