阿里計劃：從原初引力波中探尋宇宙起源

12月13 日，中國科學院高能物理研究所牽頭、國內多家科研單位參與的中美合作項目「阿里原初引力波探測實驗」（簡稱「阿里計劃」）正式啟動——在海拔5250米的高度，一座世界上最先進的、用於探測原初引力波的望遠鏡將於5年內建成並開始觀測。阿里計劃首席科學家、中國科學院高能物理研究所研究員張新民介紹：「阿里計劃包括阿里一號、二號的研製與相關的科學研究，以及與美方合作，參加南極觀測實驗。通過阿里計劃的實施，將我國原初引力波探測實驗帶入國際前沿。」香港大學教授蘇萌認為：「西藏阿里是地球上迄今為止唯一一個可以實現北天區原初引力波觀測的地點。未來，它將與南極觀測站、智利觀測站一道，成為三大觀測原初引力波的世界級台址。」

原初引力波——隱藏宇宙起源的奧秘

中國科學技術大學教授蔡一夫說：「原初引力波，顧名思義，就是宇宙原初時期產生的引力波。」科學家們發現，引力波極其微弱，只有在類似黑洞合并等天體物理起源事件和宇宙形成早期劇烈的量子漲落，才可能產生能夠被探測到的引力波。

原初引力波蘊含著宇宙起源的奧秘——比如宇宙究竟是不是大爆炸產生的？是不是有過急劇膨脹的暴脹時期？蔡一夫說：「探測原初引力波，有利於研究暴脹這樣一個極高能標的早期宇宙動力學過程。同時，原初引力波通常起源於極早期宇宙時空的量子漲落，對其進行研究有助於推進人們對量子引力等基本物理問題的理解。」

建設望遠鏡只是探測原初引力波的第一步，之後依然面臨很多困難。蔡一夫說：「我們實驗測量的將是宇宙微波背景輻射，也就是CMB的偏振信號，原初引力波就藏在這裡。但這些信號在138億年的漫長歷史當中會被各種天體因素所『污染』，我們的一個重要科學任務就是從複雜的天圖中抽絲剝繭，剔除可疑信號，提煉出原初引力波信號。」2014年，美國哈佛大學等領導的一個研究小組曾宣布測量到原初引力波，但因為無法排除銀河系的輻射干擾，其結果沒有被科學界承認。

阿里——北半球探測原初引力波的最佳地點

CMB地面實驗由於對觀測環境要求苛刻，需要在極端乾燥的高海拔地區開展，迄今為止地面探測裝置集中在美國的南極極點科考站與智利天文台，而長期以來缺乏北半球相應的觀測平台實現對CMB北天區的觀測。我國西藏阿里地區具有北半球已知的最佳觀測條件，同時近年來在國家政策的大力支持下，基礎設施的建設得到極大改善，交通、電力、網路通信的迅速發展為在阿里地區高海拔台址開展CMB實驗提供了可能。

張新民說：「智利和南極的觀測站都已經建成，對南半球可見天區進行了觀測，但它們是無法觀測北半球的可見天區的。」由於地理環境的限制，我國西藏與格陵蘭島是北半球兩個可能的CMB觀測台址，但格陵蘭島自然條件嚴酷，觀測設施建設成本高昂，科學家們將目光對準了西藏阿里，「阿里計劃建成後，將與南極、智利台址協同實現全天覆蓋」。

阿里計劃——完成LIGO等不能勝任的工作

2016年初，美國激光干涉引力波觀測台（LIGO）宣布，發現了兩個超大質量黑洞合并產生的引力波；我國剛剛建成的500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）也能夠探測引力波。那麼為什麼還要實施阿里計劃？

蘇萌解釋，引力波的不同波段需要不同類型的探測方法才能實現，無法用一種探測方式實現引力波全波段探測。「從宇宙創生時期產生的原初引力波，會在CMB中產生特徵性很強的偏振輻射，我們叫它B模式偏振。」無論是利用激光干涉儀探測引力波的LIGO，或是用射電波的FAST，都無法「勝任」這一工作。

探測原初引力波只能使用微波望遠鏡，它的外觀和光學望遠鏡很相似。而阿里計劃將首先在5250米建設一台在微波波段極其靈敏的「阿里一號」望遠鏡。

2017年將完成阿里一號的方案設計，5年內建成併產出第一批科學成果。在科學家們的規劃中，阿里一號只是開始。阿里計劃項目經理盧方軍研究員介紹：「如果一切順利，我們將在6000米處建設更加靈敏的望遠鏡陣列，叫阿里二號，希望能夠拓展觀測頻段，提高觀測精度。」

「阿里計劃是中美合作項目。在阿里地區開展的CMB觀測將採用中方主導，美方參與的模式。」張新民說：「除此之外，我們還將參與美方南極BICEP陣列項目，南北實驗聯合協同觀測。」

阿里計劃的開展不僅將提高我國在國際宇宙學、天文學、高能物理學界的地位和聲望，還可以有力推動我國低溫超導探測技術發展。張新民說：「通過中美合作，將極大提高我國在超導微波探測器，超低溫製冷系統、探測器焦平面製備與檢測等方面的技術水平。」

（責編：tibet）