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逐鹿空间引力波 中国“太极”稳扎稳打

来源:科技日报2019-04-19 09:03

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  几年前,美国激光干涉引力波天文台(LIGO)一举摘下人类首次直接探测到引力波的桂冠。不过,该盛事发生在地球表面,在太空直接聆听宇宙琴弦迄今还未实现。

  如今,后者正成为引力波科学界群雄竞逐之鹿。

  4月17日至18日,香山科学会议聚焦中国空间引力波探测及国际协作联盟。科技日报记者在会议期间获悉,由中国科学家提出的空间引力波探测“太极计划”,正按预期目标稳步推进并已取得重要进展。

  初步掌握多项关键核心技术

  “我国科学家从2008年开始探讨中国的空间引力波探测计划,经多年酝酿、调研和积累,2016年中科院正式提出空间引力波探测‘太极计划’。”该计划首席科学家、中科院院士吴岳良接受科技日报记者采访时介绍。

  吴岳良介绍,“太极计划”由3颗以太阳为中心的卫星组成,呈正三角形编队。每颗卫星间距300万公里,将采用高精度星间激光干涉测距技术和无拖曳航天技术,对空间引力波进行探测和研究。

  尽管也是利用激光干涉的基本原理,在空间环境探测引力波绝非易事。为实现目标,“太极计划”提出“三步走”发展路线图。

  第一步,希望在2020年逐步形成空间引力波探测技术能力;第二步,希望在2023年发射“太极”关键技术双星验证星“太极探路者”;第三步,利用“太极探路者”的技术积累,在2033年发射“太极”三星。

  中科院院士胡文瑞同为“太极计划”首席科学家,他告诉科技日报记者,实现“太极计划”至少需要攻克28种关键核心技术。

  “在前期预备研究过程中,‘太极计划’研究组通过方案论证、原理实验演示、部分系统的原理样机研制等,在关键技术方面打下一定基础。”吴岳良透露,目前“太极计划”研究组已初步掌握超稳干涉仪、高精度相位计、高精度角位移敏感器、低噪探测器和超稳望远镜等关键核心技术及制作。

  多项计划正紧盯空间引力波

  空间引力波之所以成为新靶标,是因为它与地面探测到的引力波频段不同。

  “LIGO探测的是高频引力波,而‘太极计划’探测的是低频引力波,频段集中在0.1毫赫兹到1赫兹。”中科院院士、会议执行主席蔡荣根接受科技日报记者采访时说,高频引力波一般由几个或几十个太阳质量黑洞并和产生,而低频引力波则可能由上万甚至上千万太阳质量的大质量黑洞和超大质量黑洞并和产生。

  蔡荣根介绍,对低频引力波的探测将有助于理解超大质量黑洞的形成、演化和分布,并对科学家认识宇宙结构产生重大影响。

  “LIGO的发现可能是序曲,引力波的主旋律在深空。美国科学委员会曾在一份报告中指出,直接探测到低频引力波将是诺奖级的重大发现。”胡文瑞告诉科技日报记者,在1赫兹左右的频段,空间引力波探测还有望发现宇宙原初引力波,倾听宇宙诞生之初的轻啼。

  正因意义重大,国内、国际范围内空间引力波探测的竞争可谓激烈。

  胡文瑞介绍,国际上最著名的是欧洲空间局发起、美国国家航空航天局参与的激光干涉空间天线(LISA)计划。目前LISA预计2034年发射,与“太极计划”预计发射时间相差无几。除此之外,美国的BBO计划和日本的DECIGO计划也对空间引力波探测跃跃欲试。

  在国内,中山大学团队2015年提出空间低频引力波探测的“天琴计划”。该计划也将采用3颗卫星探测方案,与“太极计划”的不同之处在于卫星将绕地球运转,卫星间距约17万公里。

  “目前‘太极计划’和‘天琴计划’都是预研性计划。国内需整合实力,逐渐形成三星组探测的囯家计划,并开展相应的国际合作。” 胡文瑞建议。(刘园园)

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