上天去找引力波！「天琴一號」衛星將於明年底前升空

原標題：上天去找引力波！「天琴一號」衛星將於明年底前升空

科技日報記者 葉青

「經過數十年的努力，我國在空間引力波探測核心技術方面積累了較好的基礎，取得了一些突破性的進展。但是在整體上離空間引力波探測的實際需求還有量級上的差距。」中國科學院院士、中山大學校長羅俊說。

9月26-27日，主題為「天琴計劃與國際合作」的香山科學會議在廣州召開。來自德國、義大利、俄羅斯等國科學家認為，世界正進入各國科學家相互協作、利用引力波和電磁波等多種天文觀測手段聯合對宇宙進行探測研究的大發展時期，開展「天琴計劃」國際合作，攜手開展引力波探測研究，將可為人類發展作出更大的貢獻。

「探測引力波不能只有一個」

我國科學家在2014年提出「天琴計劃」，並於2015年正式啟動。「但技術積累從上個世紀70年代已開始。」據羅俊介紹，「天琴計劃」將由三顆全同的衛星構成，每顆衛星都在以地球為中心、半徑約10萬公里的軌道上運行。三顆衛星圍繞地球構成等邊三角形編隊，猶如在太空中架了一把豎琴，宇宙中的引力波傳過來，則會撥動「琴弦」。通過高精度的激光干涉測量等技術測得三顆衛星的距離和位置變化，就能獲取該引力波數據，了解其背後的天文事件。

在引力波領域，美歐已經開展了很長的時間研究。美國有LIGO，歐洲有LISA，且前者已於2016年宣布首次探測到引力波。那麼我國繼續推進「天琴計劃」意義何在呢？「兩者的探測波段不同。LIGO探測高頻段引力波，『天琴計劃』探測低頻段引力波。不同波段觀測到不同信號，本身沒有矛盾。『天琴計劃』將人類對引力波的探測拓展到全新的毫赫茲頻段，極有可能觀測到大質量或超大質量的黑洞併合，對人類研究宇宙演化起到非常重要的作用。」 LIGO科學合作組織的研究成員、加州理工學院物理學教授陳雁北認為，「天琴計劃」具有後發優勢，又可以與LIGO、LISA形成互補。

目前，國際上與「天琴計劃」類似的空間引力波探測計劃是歐洲LISA，其已明確在2034年發射升空。「其實無論是誰先發射都非常重要，探測引力波不能只有一個探測器。LIGO剛探測到引力波時，不敢立刻發布，因為不知道對錯。如果同時有兩組探測器在天上運行，共同捕捉到信號，就可互相認證。」 莫斯科大學的瓦迪姆教授說。

歐洲LISA的研究成員、格拉斯哥大學馬丁·亨得利教授認為，天文學是公眾比較感興趣的學科。「天琴計劃」這種大科學項目涉及到非常多的領域，本身的研究就能夠啟發下一代學生，培育出未來科學家。

「國際合作不能僅限於科學家間」

「天琴計劃」體系龐大，初步提出到2030年實現空間引力波探測目標。「如果能夠在15年內完成探測，算是奇蹟。」羅俊表示，經過前期的技術積累，「天琴計劃」原理方案已完成，並得到國際同行的肯定。

目前，「天琴計劃」也已取得部分成效：我國科學家團隊於2018年1月在國內首次實現月地激光測距，5月21日自主研製的角反射器搭載嫦娥四號中繼星「鵲橋」發射升空，計劃於2019年在國際上首次實現超過地月距離的超長距離激光測距技術；「天琴一號」技術驗證試驗衛星計劃於今年4月通過了教育部、中國航天科技集團組織建議書評審，預計2019年底前完成發射。

羅俊說：「現在已有十多個大學和研究院所參與了『天琴計劃』。但還需要很多方面的技術和人才，包括物理、材料、光學、航空航天等。」

會上，來自德國、義大利、俄羅斯等國的頂尖學者表達了參與其中的意願。「我非常樂意參與合作。」馬丁·亨得利說，「科學發展歷史上，很多成功科學問題都是由國際合作共同推動完成的，尤其在空間科學領域方面。」他特彆強調，國際合作不需要刻意追求合作方式。「大科學計劃提出後，自然而然就會吸引到國際上關注同一問題的專家，這也是我們在歐洲LISA發展道路上所看到的現象。科學研究不分國界。」

「空間探測引力波的範圍比地面更廣，探測類型更多，國際合作可加快探測進展。」在瓦迪姆看來，從長遠看，國際合作中的核心是科學問題。包括最初的數據處理，引力波信號提取後對應的引力波源，以及從引力波源研究黑洞結構、宇宙演化等，這些都是各國科學家感興趣的；而中長期的國際合作則是技術合作，「比如俄羅斯已研發有先進的小型望遠鏡，可供『天琴計劃』直接使用。」

瓦迪姆表示，「天琴計劃」的國際合作不能僅局限於科學家間，只有提升到兩國政府層級合作才能更有效地組織起來。

來源：科技日報 文中圖片來自網路

編輯：陳小柒

審核：王小龍

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