北京時(shí)間9月16日凌晨，國際上最權(quán)威的天文刊物之一《Nature Astronomy(《自然天文》)》雜志刊登了中國科學(xué)家孔云貴、羅俊、王斌撰寫的論文CONCEPTS AND STATUS of CHINESE SPACE GRAVI8

這是中國科學(xué)家第一次在頂尖國際雜志對(duì)中國空間引力波探測計(jì)劃做完整系統(tǒng)的介紹，并對(duì)未來參與國際競爭與合作發(fā)出中國聲音。

中國科學(xué)家在文中首次提出，如果中外的空間引力波探測計(jì)劃如期實(shí)現(xiàn)，那么到本世紀(jì)30年代，歐洲的LISA，中國的天琴計(jì)劃、太極計(jì)劃，通過優(yōu)勢互補(bǔ)、相互協(xié)作，將有望確定引力波波源等重大宇宙信息，從而為人類揭開更多宇宙奧秘。

文章顯示，LISA計(jì)劃、天琴計(jì)劃、太極計(jì)劃都是探測低頻引力波的太空探測方案。如果本世紀(jì)30年代這三個(gè)計(jì)劃都順利執(zhí)行，到時(shí)不僅是各顯神通，更重要的科學(xué)意義在于這三個(gè)空間引力波觀測站能否互相協(xié)作，共同揭示更深刻的引力物理本質(zhì)與宇宙奧秘，這是值得我們期待的。

天琴計(jì)劃的示意圖

引力波是時(shí)空的漣漪，它能告訴我們關(guān)于宇宙起源、演化和時(shí)空結(jié)構(gòu)的信息。100多年前愛因斯坦廣義相對(duì)論就已經(jīng)預(yù)言了它的存在。2016年2月11日，美國激光干涉引力波天文臺(tái)(LIGO)宣布在2015年9月14日人類首次直接探測到了引力波，證實(shí)了愛因斯坦的預(yù)言。這是21世紀(jì)物理學(xué)最重大的發(fā)現(xiàn)，它宣告了引力波天文學(xué)時(shí)代的到來。2017年，這一發(fā)現(xiàn)獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。到目前為止，美國的LIGO和歐洲的Virgo觀測到了50多個(gè)引力波事件，這些信號(hào)都是由天體中恒星級(jí)雙黑洞、雙中子星、黑洞與中子星或黑洞與其他奇異致密星體合并產(chǎn)生的。

但地面引力波探測器有局限性，只能檢測到由恒星級(jí)黑洞或中子星并合所發(fā)出的頻率較高的短暫強(qiáng)烈的引力波?！叭祟愐綔y低頻引力波只能到太空去?！闭撐淖髡咧?、上海引力波探測前沿科學(xué)中心與揚(yáng)州大學(xué)引力與宇宙學(xué)中心王斌教授說，也因此歐美發(fā)達(dá)國家很早就布局了空間引力波探測計(jì)劃，LISA就是其中最有名的一個(gè)。

與此同時(shí)，中國科學(xué)家從來沒有放棄對(duì)這一最前沿的科學(xué)問題的探索。天琴計(jì)劃首席科學(xué)家、中國科學(xué)院院士羅俊教授自上個(gè)世紀(jì)80年代就開始埋首于引力基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究，90年代中期開始引力波探測隔振關(guān)鍵技術(shù)研究，于2000年布局了空間慣性傳感技術(shù)的研究，2002年布局了星間激光干涉測量技術(shù)的研究，這是在太空中進(jìn)行引力波探測的幾項(xiàng)最核心的技術(shù)。經(jīng)過多年的發(fā)展，羅俊教授團(tuán)隊(duì)的空間加速度計(jì)在國內(nèi)率先進(jìn)行了在軌飛行試驗(yàn)，為我國自主開展空間引力波探測奠定了關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。團(tuán)隊(duì)始終堅(jiān)持走自主發(fā)展的道路，于2014年在國內(nèi)率先提出要自主開展我國的空間引力波探測天琴計(jì)劃，并制定了“0123”的技術(shù)路線。

天琴計(jì)劃的方案被稱為中國方案，與歐洲LISA計(jì)劃不同，它的目標(biāo)是在2035年前后，在約10萬公里高的地球軌道上，部署3顆全同衛(wèi)星，構(gòu)成邊長約為17萬公里的等邊三角形星座，建成空間引力波天文臺(tái)“天琴”，開展引力波的空間探測。

同為中國空間引力波探測的太極計(jì)劃，與歐洲LISA計(jì)劃基本相同，在距離地球約5000萬公里的軌道上，發(fā)射三顆全同衛(wèi)星，三星編隊(duì)軌道以太陽為中心，設(shè)計(jì)干涉臂臂長即衛(wèi)星間距300萬公里。2016年，提出該計(jì)劃的中國科學(xué)院為實(shí)現(xiàn)它制定了“三步走”發(fā)展路線。

天琴、LISA、太極，三個(gè)計(jì)劃，前者是地心軌道方案，后兩者是日心軌道方案，需要相同的核心技術(shù)，也有各自不同的技術(shù)難題，但對(duì)空間引力波探測具有互補(bǔ)性。該論文分析，三個(gè)探測計(jì)劃里，單個(gè)探測器對(duì)于不同空間方位的敏感度不同。三個(gè)探測器聯(lián)合起來不僅可以覆蓋更寬廣的空間，而且可以更加精確地確定引力波源的物理參數(shù)，從而更好地理解種子黑洞的起源及演化、宇宙的起源及演化與引力的本質(zhì)特性等。

“與LISA和太極相比，天琴對(duì)相對(duì)高頻信號(hào)（0.1赫茲）觀測更加敏感，由于波源定位能力隨頻率增大而提高，天琴在對(duì)高頻引力波波源的定位能力方面具有明顯的優(yōu)勢?？紤]到LISA與天琴不同的設(shè)計(jì)理念與運(yùn)行軌道，它們聯(lián)合觀測時(shí)能互補(bǔ)，在1-100毫赫茲范圍內(nèi)，LISA-天琴聯(lián)合觀測網(wǎng)的定位精準(zhǔn)度比單個(gè)探測器高且定位效率也高，覆蓋天區(qū)范圍更廣闊。天琴的敏感頻率在幾十毫赫茲頻段，它的定位及探測能力不會(huì)受到探測器平面指向固定參考源的影響?！闭撐淖髡咧?、華中科技大學(xué)教授龔云貴說，此外，太極探測器臂長大于LISA，在毫赫茲頻段太極比LISA敏感，盡管LISA與太極軌道類似，在毫赫茲頻段，LISA和太極的探測器平面轉(zhuǎn)動(dòng)不但可以幫助其提高空間定位能力，而且可以幫助其覆蓋所有空間方位。

“聯(lián)合觀測不但可以極大提高對(duì)引力波源的空間定位能力，而且可以觀測到更寬的頻段及更大的空間范圍，從而為研究哈勃常數(shù)等宇宙學(xué)參數(shù)及宇宙演化提供新的觀測手段?！?王斌教授說，這是科學(xué)家們首次對(duì)三大計(jì)劃協(xié)同應(yīng)用進(jìn)行的理論研究新發(fā)現(xiàn)。

文章還介紹了中國的引力波探測計(jì)劃得到了黨和國家的高度重視。中國科技部啟動(dòng)了引力波探測重點(diǎn)專項(xiàng)，國家航天局和教育部分別批準(zhǔn)成立了引力波研究中心和天琴前沿科學(xué)中心，國家自然科學(xué)基金委啟動(dòng)了引力波重大計(jì)劃，國家航天局、教育部、中國科學(xué)院等部門對(duì)引力波的研究也有了中、遠(yuǎn)期布局。

目前，天琴計(jì)劃“0123”技術(shù)路線圖中的第“0”步的月球激光測距和第“1”步的“天琴一號(hào)”技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星項(xiàng)目已經(jīng)順利開展，作為第“2”步的“天琴二號(hào)”衛(wèi)星項(xiàng)目正在順利推進(jìn)中。太極計(jì)劃也完成了三步走中的第一步，正在推進(jìn)后續(xù)工作。兩個(gè)計(jì)劃的工作得到了國際上越來越多科學(xué)家的關(guān)注和重視。（中國日?qǐng)?bào)社廣東記者站）

來源：中國日?qǐng)?bào)網(wǎng)