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我國將發射「天琴一號」來探測引力波,引力波為何如此受關注?

2017年年初,一項轟動了世界的大發現迅速佔領了各大報紙的頭條——引力波。

引力波的發現,不僅印證了愛因斯坦早在一百年前提出的預言,也讓天文學迎來了新的時代。至此以後,世界各國的天文學家紛紛加大了探測引力波的研究力度,試圖藉此更深入地了解這個宇宙。

最近,全國人大代表、中山大學校長羅俊院士表示:我國預計在今年內發射天琴一號技術驗證試驗衛星。它的任務之一,就是探測引力波。

那麼,引力波到底是什麼呢?它為何如此重要呢?

我國將發射「天琴一號」來探測引力波,引力波為何如此受關注?

我們做一個形象的比喻,大家就明白了。

在一個湖面上有一艘船,停在中心。它靜靜地停在那裡,一動不動,湖水也很平靜。

就在這個時候,湖面上另一隻船出現了,它緩緩地向那隻船靠近。由於移動比較緩慢,所以湖水也只有一點點漣漪。

結果,開船的人眼瞎,撞上了那隻船。兩隻船發生了碰撞,湖水也掀起了波瀾。水波迅速擴散,蔓延到很遠的地方。

而同時,在岸邊有一個人,靜靜地坐在那裡釣魚。由於這個人高度近視,他根本看不見湖心的船。可是,他發現,湖水的內部傳來了一圈圈的漣漪,一直打到岸邊。而此時,湖面上一絲風都沒有,他知道,湖心肯定發生了什麼事。

同樣的,按照愛因斯坦的理論,宇宙的空間,其實也有類似的效應。雖然我們的宇宙空間有三個維度,但我們可以降到二維來理解,就是剛才說的湖面。在宇宙中,有無數的天體,就是湖面上的船。

我們的視野望遠鏡對於整個宇宙來說,就像剛才說的那個人一樣,高度近視,觀測的範圍非常有限。很多天體,我們都無法觀測到。

而當兩個天體發生碰撞的時候,就會產生出宇宙的「漣漪」,這就是引力波。我們只要看到這些漣漪,就能知道,宇宙中發生了一些不同尋常的事情。

好在我們比那個近視眼好一點,我們很有經驗,能夠通過這些漣漪判斷出產生漣漪的原因,從而推斷出當時發生了什麼事。

我國將發射「天琴一號」來探測引力波,引力波為何如此受關注?

不過,想要製造出足夠大的漣漪,必須要有足夠重的「船」。因此,宇宙中只有最重的幾種天體,才能夠創造出我們能夠檢測到的引力波。

宇宙中什麼天體最重?自然是黑洞了。因此,科學家們第一次發現引力波,就是通過一個質量為太陽36倍的黑洞和質量為太陽29倍的黑洞撞擊、合併而產生的。

同時,不僅黑洞可以產生引力波,比黑洞「輕」一點(實際就是密度小一些)的中子星,甚至白矮星的合併,也有可能產生引力波。另外,伽馬射線暴、超大質量黑洞等宇宙現象,本身也可以產生引力波。

那麼,引力波的發現有什麼意義呢?

早在幾百年前,我們觀測宇宙,都是簡單地利用眼睛。即使是透過望遠鏡,也都是利用光學來觀測。

可是,光波只是電磁波的一種,而我們能看到的光也僅僅是紅色到紫色之間的可見光。所以說,單純地利用可見光來探索宇宙,是非常局限的。我們已經開始利用紅外線、X射線等方式來觀測宇宙,不過這也還並不足夠,因為它們很容易被干擾。

而引力波不同,它可以穿越茫茫的宇宙空間,一直傳送到地球。利用引力波,我們可以更好地了解遙遠的宇宙中究竟發生了什麼。

根據羅俊院士的介紹,我國的天琴一號的地面觀測台站基本在珠海建設完畢,預計今年發射衛星。

我國將發射「天琴一號」來探測引力波,引力波為何如此受關注?

天琴計劃的衛星一共有3顆,公轉軌道比普通衛星高得多,大約在10萬公里處。三顆衛星組成一個等邊三角形,根據簡單的三角函數可知,其邊長為17萬公里。也就是說,這三顆衛星將部署一個邊長為17萬公里的探測網,對1mHz—1Hz頻段的引力波進行收集和分析。

隨著天琴計劃的開展,我們將對宇宙深處有著更深的把握和了解,這對於我們了解宇宙,進而飛向宇宙都有著至關重要的意義。

未來,在通往宇宙的路上,我國也將成為第一批探險者,將浩瀚的星空,納入到囊中。

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