探测引力波，如同聆听一曲宇宙的交响乐

发现引力波成为开年第一大科学新闻，将人类的目光引向浩瀚的太空。科学家说，蓬勃发展的引力波探测装置，即将呈现给人们的是宇宙美妙的交响乐章。

“如果说４００年前当伽利略第一次将亲手制作的望远镜指向夜空的时候，人类开始用眼睛欣赏宇宙的瑰美，那么今天，我们学会了聆听宇宙的第一个音符。”美国麻省理工学院物理系研究员、哈佛史密森天体物理研究中心研究者苏萌说。

他在接受新华社记者采访时介绍说，引力波的频率很宽，就好像交响乐中分低音、中音、中高音和高音。针对不同频率，科学家采取了不同的探测手段，科学目标也不尽相同。

宇宙乐章的低音

【探测目标】原初引力波

【引力波频率】最低

【解码】它的波长跟整个宇宙的尺度差不多大，所以只能通过对宇宙大爆炸后遗留的光子场信号，即宇宙微波背景辐射，来寻找它。

２０１４年３月，美国哈佛史密森天体物理中心宣称在南极观测到了原初引力波，但随后又发现出错了。

要从杂乱无章的各种引力波中辨认出带有宇宙大爆炸初期引力波留下的独特标记，的确太困难，需要不断发展灵敏度更高的实验来找寻。

【探测计划】南极ＢＩＣＥＰ２、西藏阿里观测项目。

宇宙乐章的中音

【探测目标】超大质量黑洞并合时发出的引力波

【引力波频率】在百万分之一到亿分之一赫兹

【解码】这种事件往往发生在星系与星系相撞的后期，星系中心数百万到数亿太阳质量的巨大黑洞在最后阶段的撞击并合发出浩瀚的引力波信号，可是人类能建造的探测器太小了，哪怕把整个太阳系都当成探测器都无法测量。于是科学家想出一个绝妙的方法：利用校准后的毫秒脉冲星。这种自然界天然的时钟精度可以达到原子钟的级别，若干这样精确校准的毫秒脉冲星在宇宙中排成校准源的一个庞大阵列，天文学家利用地面上的大型地面射电望远镜作为探测器监视着宇宙中可能经过的时空涟漪。

【探测计划】ＦＡＳＴ、ＳＫＡ等。

宇宙乐章的中高音

【探测目标】质量更小一些相互距离更近一些的大质量黑洞（几万到几百万太阳质量）并合过程的后期、中子星碰撞、超新星爆炸、银河系内的白矮双星系统等。

【引力波频率】十万分之一到一赫兹

【解码】这类引力波信号探测的手段也是蛮拼的：发射数颗卫星，在太空形成阵列。著名的ＬＩＳＡ（光学干涉空间阵列）作为欧洲空间局批准的大型空间实验卫星项目，将为实现这个目标再努力约２０年，计划２０３５年左右开始收集数据。其首颗技术验证星ＬＩＳＡ　ｐａｔｈｆｉｎｄｅｒ去年年底刚刚由欧洲空间局送上太空。

【探测计划】ＬＩＳＡ、太极、天琴等。

宇宙乐章的高音

【探测目标】中子星、恒星级黑洞等致密天体组成的双星系统

【引力波频率】几十到几千赫兹

【解码】这就是人类第一次直接探测到的引力波信号，探测手段是地面数公里的激光干涉装置。

【探测计划】ＬＩＧＯ、ＶＩＲＧＯ、ＧＥＯ　６００、ＫａＧＲＡ、ＬＩＧＯ－Ｉｎｄｉａ等。（喻菲、杨春雪、申安妮）

中国布局引力波探测 提出“空间太极计划”

美国科学家近日宣布成功探测到引力波，证实了爱因斯坦引力理论的最后一项预言，震动世界。中国也正在积极布局引力波探测和研究，中国科学院１６日公布了空间引力波研究与探测的“空间太极计划”。

按照这一计划，中国将在２０３０年前后将发射三颗卫星组成的引力波探测星组，用激光干涉方法进行中低频波段引力波的直接探测。主要科学目标是观测双黑洞并合和极大质量比天体并合时产生的引力波辐射，以及其他的宇宙引力波辐射过程。

据介绍，空间引力波探测被列入了中科院制订的空间２０５０年规划。２００８年由中科院发起，中科院多个研究所及院外高校科研单位共同参与，成立了中国科学院空间引力波探测论证组，开始规划中国空间引力波探测在未来数十年内的发展路线图。经过几年的努力，目前已形成中科院院士胡文瑞、吴岳良为首席科学家的“空间太极计划”工作组，在引力波源的理论及探测研究和卫星技术研究上取得了诸多进展。

胡文瑞院士介绍，“空间太极计划”是一个中欧合作的国际合作计划，目前有两个方案。方案Ｉ是参加欧洲空间局的ｅＬＩＳＡ双边合作计划，今年秋天将召开第三次双方科学家会议，完成双边合作的可行性报告。方案ＩＩ是２０３３年前后发射一组中国的引力波探测卫星组，与２０３５年左右发射的ｅＬＩＳＡ卫星组同时邀游太空。届时，中国卫星组与ｅＬＩＳＡ卫星组同时在空间独立进行引力波探测，互相补充和检验测量结果。

“空间太极计划”涉及学科领域和前端技术广泛，需要发展空间超远距离超高精度激光测量、超高灵敏度惯性传感器，以及超高精度卫星无拖曳控制等下一代高端空间技术，这些技术对于提升中国空间科学和深空探测的技术水平具有重要意义，对惯性导航、地球科学、高精度卫星平台建设等应用领域也将发挥积极的作用。

“我国目前的技术能力与国际先进水平还有一定的差距，这种差距可以通过良好的国际合作得到一定弥补。”胡文瑞说，目前太极计划工作组与国际同行已建立了广泛的联系，与德国马普学会引力物理研究所和莱布尼茨大学爱因斯坦研究所确立了深度合作关系。

一百年前，爱因斯坦在创立了广义相对论后不久就提出了引力波存在预言。百年来，世界各国科学家为寻找引力波付出了巨大努力，建造了多种实验装置。今年２月１１日，美国“激光干涉引力波天文台”（ＬＩＧＯ）宣布第一次直接探测到引力波，为人类开启了宇宙观测的全新窗口。

“针对不同频率的引力波信号源，需要不同的引力波接收器，ＬＩＧＯ实验在它的工作频段证实引力波的存在，也就是说，引力波在其他广泛的频段都应该存在，如果在对应这些引力波频段的探测上建造领先的实验装置，就会在未来的引力波科学大发现上占据先机。”美国麻省理工学院物理系研究员苏萌说。

ＬＩＧＯ的发现让中国科学家对中国引力波研究充满期待。除了中科院提出的“空间太极计划”，中国引力波探测计划还包括中山大学领衔的“天琴计划”和中科院高能物理研究所主导的“阿里实验计划”。“天琴计划”的目标是去太空捕捉引力波；“阿里实验计划”的目标则是在地面探测宇宙大爆炸初期的原初引力波。

“ＬＩＧＯ的发现证明了引力波的存在，我们可以满怀信心地去寻找不同波段的引力波，就像不同波段的电磁波谱一样。”苏萌说，“比如阿里实验计划将实现首次对北半球可见天区的原初引力波搜寻，是我国独具特色的引力波研究项目，如果成功将是下一个引力波领域、宇宙学、高能物理的重大突破。”

“目前在国际引力波探测领域，中国的影响几乎为零，希望借此机会更大推动国内引力波研究的发展。”中科院院士、中科院高能物理研究所所长王贻芳说。（吴晶晶　白国龙）