逐鹿空間引力波 中國“太極”穩(wěn)扎穩(wěn)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(fā)生在地球表面，在太空直接聆聽宇宙琴弦迄今還未實現(xiàn)。

如今，后者正成為引力波科學(xué)界群雄競逐之鹿。

4月17日至18日，香山科學(xué)會議聚焦中國空間引力波探測及國際協(xié)作聯(lián)盟。科技日報記者在會議期間獲悉，由中國科學(xué)家提出的空間引力波探測“太極計劃”，正按預(yù)期目標(biāo)穩(wěn)步推進(jìn)并已取得重要進(jìn)展。

初步掌握多項關(guān)鍵核心技術(shù)

“我國科學(xué)家從2008年開始探討中國的空間引力波探測計劃，經(jīng)多年醞釀、調(diào)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(xué)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(wèi)星組成，呈正三角形編隊。每顆衛(wèi)星間距300萬公里，將采用高精度星間激光干涉測距技術(shù)和無拖曳航天技術(shù)，對空間引力波進(jìn)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(huán)境探測引力波絕非易事。為實現(xiàn)目標(biāo)，“太極計劃”提出“三步走”發(fā)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(shù)能力；第二步，希望在2023年發(fā)射“太極”關(guān)鍵技術(shù)雙星驗證星“太極探路者”；第三步，利用“太極探路者”的技術(shù)積累，在2033年發(fā)射“太極”三星。

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

“在前期預(yù)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(tǒng)的原理樣機(jī)研制等，在關(guān)鍵技術(shù)方面打下一定基礎(chǔ)。”吳岳良透露，目前“太極計劃”研究組已初步掌握超穩(wěn)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(wěn)望遠(yuǎn)鏡等關(guān)鍵核心技術(shù)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(biāo)，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(zhí)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(zhì)量黑洞并和產(chǎn)生，而低頻引力波則可能由上萬甚至上千萬太陽質(zhì)量的大質(zhì)量黑洞和超大質(zhì)量黑洞并和產(chǎn)生。

蔡榮根介紹，對低頻引力波的探測將有助于理解超大質(zhì)量黑洞的形成、演化和分布，并對科學(xué)家認(rèn)識宇宙結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重大影響。

“LIGO的發(fā)現(xiàn)可能是序曲，引力波的主旋律在深空。美國科學(xué)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(fā)現(xiàn)。”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(fā)現(xiàn)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(nèi)、國際范圍內(nèi)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(fā)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(yù)計2034年發(fā)射，與“太極計劃”預(yù)計發(fā)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(nèi)，中山大學(xué)團(tuán)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(wèi)星探測方案，與“太極計劃”的不同之處在于衛(wèi)星將繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)，衛(wèi)星間距約17萬公里。

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