太極計(jì)劃、阿里觀測項(xiàng)目、FAST項(xiàng)目、天琴計(jì)劃浮出水面，研究地點(diǎn)分布在西藏阿里、貴州天坑等

16日，中科院舉行“空間太極計(jì)劃”媒體見面會，胡文瑞院士（右二）在介紹該計(jì)劃。

　　隨著人類在2016年初宣布首次直接探測到引力波，取得科學(xué)上的重大突破，中國科學(xué)家一系列與引力波探測相關(guān)的計(jì)劃也浮出水面，備受關(guān)注。2月16日，中國科學(xué)家公布了一項(xiàng)新的空間探測引力波計(jì)劃——“太極”。

　　此外，在海拔5000多米的西藏阿里，科學(xué)家們計(jì)劃開展宇宙微波背景輻射（CMB）研究，以尋找原初引力波；在中國西南貴州的一個(gè)巨型天坑中，科學(xué)家們正在建造世界最大單口徑射電望遠(yuǎn)鏡，以利用脈沖星探測引力波；中山大學(xué)提出一項(xiàng)空間探測引力波計(jì)劃，并起了一個(gè)詩意的名字“天琴計(jì)劃”。

　　1 太極計(jì)劃

　　中歐合作發(fā)射衛(wèi)星組探測引力波

　　中國科學(xué)院院士、太極計(jì)劃首席科學(xué)家胡文瑞透露，太極計(jì)劃的設(shè)想之一是在2030年前后發(fā)射三顆衛(wèi)星組成的引力波探測星組，用激光干涉方法進(jìn)行中低頻波段引力波的直接探測，目標(biāo)是觀測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)悉，太極計(jì)劃是一個(gè)中歐合作的國際合作計(jì)劃，目前有兩個(gè)方案。方案一是參加歐洲空間局的eLISA雙邊合作計(jì)劃。方案二是發(fā)射三顆中國的引力波探測衛(wèi)星組，與2035年左右發(fā)射的eLISA衛(wèi)星組同時(shí)邀游太空，獨(dú)立進(jìn)行引力波探測，兩組衛(wèi)星互相補(bǔ)充和檢驗(yàn)測量結(jié)果。

　　2 阿里觀測項(xiàng)目

　　中美合作研制望遠(yuǎn)鏡尋找原初引力波

　　宇宙暴脹理論認(rèn)為，在大爆炸發(fā)生后的極短一瞬間，宇宙經(jīng)歷了一場快速膨脹，時(shí)空產(chǎn)生了劇烈擾動(dòng)。該過程中產(chǎn)生的“原初引力波”就會在宇宙微波背景輻射（CMB）中留下可探測的印跡。尋找原初引力波，就是要在這一微波背景輻射找到引力波的獨(dú)特印記。

　　2014年5月，中科院高能物理所研究員張新民帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)提出在海拔5000多米的西藏阿里開展CMB實(shí)驗(yàn)研究。據(jù)他介紹，原初引力波太微弱，所以要選干擾盡可能少的區(qū)域，阿里有望成為北半球天區(qū)第一個(gè)地面觀測點(diǎn)。

　　中科院高能所副研究員李虹說，阿里望遠(yuǎn)鏡與位于南極的BICEP望遠(yuǎn)鏡原理類似，但精度更高，中美將合作研制。如果現(xiàn)在開始積極研發(fā)，預(yù)計(jì)3至5年內(nèi)能建成并投入使用。

　　3 FAST項(xiàng)目

　　巨大天坑中建造地球上的最大“耳朵”

　　中國西南貴州，在形成于4500萬年前的巨型天坑中，科學(xué)家與工程師們正在建造面積相當(dāng)于30個(gè)足球場的世界最大單口徑射電望遠(yuǎn)鏡。它像一只龐大而靈敏的“耳朵”，將捕捉來自遙遠(yuǎn)星塵最細(xì)微的“聲音”。

　　“大耳朵”正式的名字是：500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡，英文名縮寫為FAST。這項(xiàng)中國有史以來最大天文工程，總投資將超過11億元，2011年3月動(dòng)工，預(yù)計(jì)2016年9月竣工。

　　中科院國家天文臺射電部首席科學(xué)家李菂說，F(xiàn)AST的一個(gè)重要目標(biāo)是利用脈沖星探測引力波。引力波會使脈沖到達(dá)時(shí)間發(fā)生變化。如果能觀測到全天的脈沖星或者某一方向上的多個(gè)脈沖星周期發(fā)生變化，就能探測到引力波。

　　4 天琴計(jì)劃

　　撥動(dòng)天空的“琴弦”需要四個(gè)階段

　　此前，中山大學(xué)提出一項(xiàng)空間探測引力波計(jì)劃，并起了一個(gè)詩意的名字“天琴計(jì)劃”。

　　該計(jì)劃提出者，中山大學(xué)校長、中科院院士羅俊介紹說，天琴計(jì)劃為四個(gè)階段：一是完成月球/衛(wèi)星激光測距系統(tǒng)、大型激光陀螺儀等地面輔助設(shè)施，完成中國自己的月地測距，同時(shí)檢驗(yàn)牛頓萬有引力常數(shù)的變化；二是發(fā)射一顆衛(wèi)星，完成無拖曳控制、星載激光干涉儀等關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證，以及空間等效原理實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)；三是發(fā)射兩顆衛(wèi)星，完成高精度慣性傳感、星間激光測距等關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證，以及全球重力場測量；四是完成所有空間引力波探測所需的關(guān)鍵技術(shù)，發(fā)射三顆地球高軌衛(wèi)星進(jìn)行引力波探測。

　　探測引力波，如同聆聽一曲宇宙的交響樂

　　“如果說400年前當(dāng)伽利略第一次將親手制作的望遠(yuǎn)鏡指向夜空的時(shí)候，人類開始用眼睛欣賞宇宙的瑰美，那么今天，我們學(xué)會了聆聽宇宙的第一個(gè)音符?！泵绹槭±砉W(xué)院物理系研究員、哈佛史密森天體物理研究中心研究者蘇萌說。他介紹說，引力波的頻率很寬，就好像交響樂中分低音、中音、中高音和高音。針對不同頻率，科學(xué)家采取了不同的探測手段，科學(xué)目標(biāo)也不盡相同。

　　【低音】

　　原初引力波

　　【引力波頻率】最低

　　【解碼】其波長跟整個(gè)宇宙的尺度差不多大，只能通過對宇宙大爆炸后遺留的光子場信號，即宇宙微波背景輻射，來尋找它。

　　2014年美國哈佛史密森天體物理中心稱在南極觀測到原初引力波，隨后發(fā)現(xiàn)搞錯(cuò)了。

　　要從雜亂無章的各種引力波中辨認(rèn)出帶有宇宙大爆炸初期引力波留下的獨(dú)特標(biāo)記，的確太困難，需要不斷發(fā)展靈敏度更高的實(shí)驗(yàn)來找尋。

　　【探測計(jì)劃】南極BICEP2、西藏阿里觀測項(xiàng)目。

　　【中音】

　　超大質(zhì)量黑洞并合時(shí)發(fā)出的引力波

　　【引力波頻率】在百萬分之一到億分之一赫茲

　　【解碼】這種事件往往發(fā)生在星系與星系相撞的后期，星系中心數(shù)百萬到數(shù)億太陽質(zhì)量的巨大黑洞在最后階段的撞擊并合發(fā)出浩瀚的引力波信號，可人類能建造的探測器太小?？茖W(xué)家想出一個(gè)方法：利用校準(zhǔn)后的毫秒脈沖星。若干精確校準(zhǔn)的毫秒脈沖星在宇宙中排成校準(zhǔn)源的龐大陣列，天文學(xué)家利用大型地面射電望遠(yuǎn)鏡作為探測器監(jiān)視著宇宙中可能經(jīng)過的時(shí)空漣漪。

　　【探測計(jì)劃】FAST、SKA等。

　　【中高音】

　　質(zhì)量更小一些相互距離更近一些的大質(zhì)量黑洞（幾萬到幾百萬太陽質(zhì)量）并合過程的后期、中子星碰撞、超新星爆炸、銀河系內(nèi)的白矮雙星系統(tǒng)等。

　　【引力波頻率】十萬分之一到一赫茲

　　【解碼】這類引力波信號探測的手段也是蠻拼的：發(fā)射數(shù)顆衛(wèi)星，在太空形成陣列。著名的LISA（光學(xué)干涉空間陣列）作為歐洲空間局批準(zhǔn)的大型空間實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星項(xiàng)目，將為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)再努力約20年，計(jì)劃2035年左右開始收集數(shù)據(jù)，其首顆技術(shù)驗(yàn)證星去年年底被送上太空。

　　【探測計(jì)劃】LISA、太極、天琴等。

　　【高音】

　　中子星、恒星級黑洞等致密天體組成的雙星系統(tǒng)

　　【引力波頻率】幾十到幾千赫茲

　　【解碼】這就是人類第一次直接探測到的引力波信號，探測手段是地面數(shù)公里的激光干涉裝置。

　　【探測計(jì)劃】LIGO、VIRGO、GEO 600、KaGRA、LIGO-India等。

　　本版稿件均據(jù)新華社電