引力波探測征途上，中國在爭奪這些“第一”

人類第一次直接探測到引力波的榮耀桂冠，已經被美國激光干涉儀引力波天文臺（LIGO）摘取。16日凌晨LIGO公布的新發現，也打消了那些關于引力波事件會否成為“孤證”的擔憂。

大洋彼岸的新消息，也給中國科學研究者帶來信心。“這更確證引力波的存在。”中科院院士、中科院理論物理研究所研究員吳岳良告訴科技日報記者：“空間探測和地面探測的科學目標不一樣，觀測的引力波事件也不一樣。LIGO的發現不會對我們的既定計劃造成影響。”

吳岳良說的“既定計劃”，就是中科院領銜的空間引力波探測“太極計劃”。太極計劃要將引力波探測星組發射升空，用激光干涉方法進行中低頻波段引力波的直接探測。

地上有了戰果累累的LIGO，還有意法合作的Virgo，英德合作的GEO 600……一張分布全球的引力波探測網絡正在逐步織就。為什么還得那么費勁要上天呢？

這是因為，引力波來自宇宙天體的質量或能量變化，不同頻率的引力波對應于宇宙演化的不同時期和不同的天體物理過程。受地面空間距離限制和地球重力梯度噪聲的影響，引力波地面干涉儀只能探測10赫茲以上的高頻引力波，它主要來自致密雙星。

空間引力波探測，是給人類裝上聆聽中低頻引力波的耳朵。中科院院士、中科院力學研究所研究員胡文瑞曾經打了個這樣的比方：如果引力波探測是一支交響曲，那么彈奏它主樂章的地點，還應該在空間。

早在1993年，歐空局就首先提出了激光干涉空間天線（LISA）計劃。而后美國NASA從該計劃中退出，LISA成了現在的eLISA（evolved LISA）。太極計劃是一個中歐合作項目，它將于2035年左右發射三顆衛星組成等邊三角形探測星組，繞日運行；和歐空局計劃2035年發射的eLISA衛星組同時巡游太空，各自獨立探測，互相驗證結果。

“空間引力波探測，所涉及的關鍵技術與地面探測有很大不同：一是保證測試質量的無拖曳運動；二是實現空間長基線的弱光干涉技術。”吳岳良介紹。

去年12月，歐空局發射了LISA計劃的關鍵技術驗證衛星LISA探路者。前幾天LISA探路者號帶來了好消息——太空觀測引力波確實行得通。

這對中山大學主導的“天琴計劃”同樣也是利好。

和太極計劃不同，天琴計劃的引力波探測星組將繞地球軌道運行。而且，它的階段性科學目標更為明確：探測來自某一確定雙星系統的引力波。“‘十三五’期間，進行月球和深空衛星激光測距；‘十四五’期間，進行空間等效原理檢驗，發射下一代重力衛星；‘十六五’期間，發射衛星進行探測。” 中科院院士、中山大學校長羅俊在今年中科院院士大會的學部專題學術報告會上介紹。

天琴計劃基礎設施一期工程已經在珠海開建。2018年，嫦娥四號將在月球背面著陸，發射中繼星進行數據傳遞。“我們將在中繼星上搭載新一代反射器進行激光測距實驗。”羅俊說。

“引力波探測的技術難度非常大，但對基礎研究有重要意義；空間引力波探測有特殊的重要性，但在國際上還是空白。”羅俊指出，引力波探測工程在部分關鍵技術上，國內還是和歐空局的eLISA有差距，“挑戰和機遇并存”。

看似擁擠的引力波探測賽場上，還有一個尚未取得成果的領域，那就是原初引力波的探測。中科院高能物理研究所研究員張新民形容它為“聆聽宇宙的初啼”。原初引力波探測原理與LIGO完全不同，研究人員要在宇宙微波背景輻射中找到引力波的獨特印記，這或許能幫助人們了解，在宇宙誕生伊始到底發生了什么。

張新民告訴科技日報記者，在北半球，宇宙微波背景輻射的最佳觀測點之一，就是我國西藏阿里地區。阿里地區大氣透射率高、水汽含量少，而且已經具備了完善的臺址條件，“天時地利”。他透露，兩到三年內，項目團隊會在海拔5300米處放置阿里1號望遠鏡，實現北天區的首次觀測；接著提高望遠鏡靈敏度，建設阿里2號望遠鏡，預計可能放置在海拔6000米處。“阿里1號的設計方案和天文臺基建方案都在推進。”