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探測(cè)空間引力波 “太極一號(hào)”來(lái)了  “太極一號(hào)”模擬圖。 （資料圖片）  “太極一號(hào)”衛(wèi)星工程總師王建宇（左）向記者介紹“太極一號(hào)”。記者 沈 慧 作為我國(guó)首顆空間引力波探測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，近日成功發(fā)射的微重力技術(shù)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星被正式命名為“太極一號(hào)”。為何要去遙遠(yuǎn)太空觸摸宇宙律動(dòng)的“脈搏”？“太極一號(hào)”有何亮點(diǎn)，目前運(yùn)行情況如何？聽聽專家怎么說(shuō)。 時(shí)空漣漪 如果盤點(diǎn)近年來(lái)科學(xué)研究的熱點(diǎn)，引力波是其中一個(gè)。2012年，科學(xué)家在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)神秘的上帝粒子，這表明人類對(duì)基本粒子的認(rèn)識(shí)邁出了新的一步。至此，粒子標(biāo)準(zhǔn)物理模型所預(yù)言的61種基本粒子幾乎都已找到，除了目前唯一的例外——引力子�？茖W(xué)家們認(rèn)為，引力波是由引力子組成的，引力子則是證明宇宙大爆炸起源的關(guān)鍵。 目前，人類可見物質(zhì)僅占宇宙總量的不足5％，即粒子標(biāo)準(zhǔn)物理模型能解釋的物質(zhì)；95％以上是至今仍籠罩著神秘面紗的暗物質(zhì)和暗能量。“暗”顧名思義“看不見”，也無(wú)法對(duì)光和目前的探測(cè)手段——電磁波產(chǎn)生任何反應(yīng)。但引力波或是揭開人類未知世界進(jìn)而理解宇宙起源的關(guān)鍵，因?yàn)榘滴镔|(zhì)和暗能量都涉及引力效應(yīng)和引力作用。 簡(jiǎn)而言之，“引力波提供了不同于電磁波的全新觀測(cè)宇宙重要窗口，成為人類探索和認(rèn)知宇宙的一種新途徑和工具”。中國(guó)科學(xué)院副院長(zhǎng)相里斌表示。 什么是引力波？它是物質(zhì)和能量劇烈運(yùn)動(dòng)和變化所產(chǎn)生的一種物質(zhì)波。如果以水面來(lái)比喻時(shí)空，引力波就可以看作是時(shí)空的漣漪。 愛因斯坦基于廣義相對(duì)論預(yù)言了引力波的存在。2016年2月，美國(guó)激光干涉引力波天文臺(tái)宣布，LIGO（激光干涉儀）探測(cè)器觀測(cè)到了引力波發(fā)出的撞擊聲，人類由此第一次聽到了來(lái)自外太空的問(wèn)候——雙黑洞并合產(chǎn)生的引力波。 “引力波的發(fā)現(xiàn)使得人類可探測(cè)到基于電磁波無(wú)法觀測(cè)到的宇觀尺度和新的天體現(xiàn)象。”“太極一號(hào)”首席科學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)副校長(zhǎng)吳岳良說(shuō)。 探測(cè)挑戰(zhàn) 征服星辰大海，注定坎坷難行。日常生活中，任何物質(zhì)的加速運(yùn)動(dòng)都能產(chǎn)生引力波，但非常微弱。吳岳良表示，如果用每秒1000轉(zhuǎn)的角速度快速轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)質(zhì)量為2000公斤、長(zhǎng)度為1米的啞鈴，那么在離啞鈴3米遠(yuǎn)處，我們能感受到的引力波振幅僅為10的負(fù)35次方——小到目前人類最敏感的科學(xué)儀器都測(cè)量不到。 后來(lái)，實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家們想到了一個(gè)解決方案：通過(guò)質(zhì)量更大的天體來(lái)觀測(cè)引力波效應(yīng)，比如黑洞并合等。然而，像黑洞這樣質(zhì)量巨大天體融合產(chǎn)生的引力波信號(hào)穿越茫茫宇宙抵達(dá)地球時(shí)，已是極其微弱。吳岳良舉了個(gè)例子，兩顆1.5倍太陽(yáng)質(zhì)量的中子星以每秒1000轉(zhuǎn)的速率繞轉(zhuǎn)并合產(chǎn)生的引力波，在距離10的23次方米的位置能探測(cè)到的引力波強(qiáng)度為10的負(fù)20次方。 困難阻擋不住人類探索宇宙的決心。上世紀(jì)90年代，美國(guó)航空航天局與歐洲航天局合作發(fā)展LISA項(xiàng)目，計(jì)劃探測(cè)的引力波源是雙星系、超致密雙星以及大質(zhì)量天體的爆炸等。這是全球發(fā)展最成熟的空間引力波探測(cè)計(jì)劃，將于2021年完成關(guān)鍵技術(shù)研究，2034年發(fā)射衛(wèi)星。 人類已在地球表面直接探測(cè)到時(shí)空的漣漪，為何還要大費(fèi)周章踏上去太空的征程？“空間引力波探測(cè)的波源特征所對(duì)應(yīng)的天體質(zhì)量和尺度，遠(yuǎn)大于地基引力波探測(cè)所對(duì)應(yīng)的天體源�！眳窃懒几嬖V經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)記者，與地基探測(cè)不同，在空間能夠探測(cè)到中低頻段的引力波信號(hào)，能夠發(fā)現(xiàn)天體質(zhì)量更大、距離更遙遠(yuǎn)的引力波波源，揭示更為豐富的天體物理過(guò)程。 “空間探測(cè)所覆蓋的是引力波波源最為豐富的頻段，擁有大量可保證探測(cè)到的天體波源，可進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)，有利于確定波源位置�！眳窃懒歼M(jìn)一步解釋。 中國(guó)智慧 探索浩瀚宇宙，為人類文明進(jìn)步貢獻(xiàn)更多中國(guó)智慧、中國(guó)方案和中國(guó)力量，中國(guó)亦在行動(dòng)。2008年開始論證的空間引力波探測(cè)“太極計(jì)劃”便是一個(gè)代表。 按照吳岳良的說(shuō)法，不同頻率引力波反映了宇宙的不同時(shí)期與不同的天體物理過(guò)程�！疤珮O計(jì)劃”探測(cè)頻段基本覆蓋歐空局LISA引力波探測(cè)頻段（0.1赫茲至1.0赫茲），并在0.01赫茲至1.0赫茲頻段比LISA具有更高的探測(cè)靈敏度。我國(guó)空間引力波探測(cè)研究對(duì)象囊括了由近到遠(yuǎn)、由小到大極為豐富的引力波源，探測(cè)范圍可以覆蓋整個(gè)宇宙空間。 由于引力波信號(hào)極其微弱，實(shí)施空間引力波探測(cè)挑戰(zhàn)巨大，需要突破目前人類精密測(cè)量和控制技術(shù)的極限。這里面所涉及的核心技術(shù)包括高精度超穩(wěn)激光干涉儀、引力參考傳感器、微牛級(jí)推進(jìn)器、超穩(wěn)超靜衛(wèi)星平臺(tái)等。 根據(jù)“太極計(jì)劃”，我國(guó)確定了“單星、雙星、三星”“三步走”的發(fā)展戰(zhàn)略和路線圖，并于2018年8月立項(xiàng)實(shí)施“太極計(jì)劃”單星工程任務(wù)，啟動(dòng)了“三步走”中的第一步：發(fā)射“太極一號(hào)”衛(wèi)星，對(duì)核心技術(shù)的可行性和實(shí)現(xiàn)途徑進(jìn)行在軌驗(yàn)證，繼而形成在空間探測(cè)引力波的技術(shù)能力。 時(shí)光不負(fù)情深�！疤珮O一號(hào)”科研團(tuán)隊(duì)全力以赴、攻堅(jiān)克難、勇于突破、協(xié)同創(chuàng)新，在不到一年時(shí)間內(nèi)完成了衛(wèi)星研制任務(wù)。8月31日，我國(guó)首顆空間引力波探測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星——微重力技術(shù)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“太極一號(hào)”成功發(fā)射。 |
