衛星探測太空重力波》中國與歐洲科學家籌備「太極」計劃

2016-02-20 15:37
13億年前兩個黑洞的撞擊,讓人類探測到重力波的存在(LIGO)
13億年前兩個黑洞的撞擊,讓人類探測到重力波的存在(LIGO)

2月16日,中國科學家公布了一項新的空間探測重力波計劃——「太極」。中國科學院院士、太極計劃首席科學家胡文瑞透露,太極計劃的設想之一是在2030年前後發射三顆衛星組成的重力波探測星組,用雷射干涉方法進行中低頻波段重力波的直接探測,目標是觀測雙黑洞併合和極大質量比天體併合時產生的重力波輻射,以及其他的宇宙重力波輻射過程。

據悉,太極計劃是一個中歐合作的國際合作計劃,目前有兩個方案。方案一是參加歐洲太空總署(ESA)的eLISA雙邊合作計劃。方案二是發射三顆中國的重力波探測衛星組,與2035年左右發射的eLISA衛星組同時邀遊太空,獨立進行重力波探測,兩組衛星互相補充和檢驗測量結果。

萬物開始是「太極」

這一計劃緣何起名「太極」?胡文瑞解釋道:按照中國的宇宙觀,萬物開始是「太極」,探測原初重力波就是研究宇宙的起源,而太極的圖形與雙黑洞形象很相似。

「如果說重力波是一場宇宙交響曲,那麼美國LIGO(雷射干涉重力波天文台)的成果只是一個序曲,但主樂章在太空探測領域,將解答更多重大學術問題。」胡文瑞說。

隨著人類在2016年初宣布首次直接探測到重力波,取得科學上的重大突破,中國科學家一系列與重力波探測相關的計劃也浮出水面,備受關注。或登世界屋脊,或入巨型天坑,或上太空……這些不同手段的探測將講述宇宙不同的故事。

在世界屋脊捕捉宇宙的「初啼」

中國科學家計劃在海拔5000多公尺的西藏阿里,捕捉宇宙誕生的「初啼」。

宇宙暴脹理論認為,在大爆炸發生後的極短一瞬間,宇宙經歷了一場快速膨脹,時空產生了劇烈擾動。這「暴脹」過程中產生的「原初重力波」就會在宇宙微波背景輻射(CMB)中留下可探測的印跡。尋找原初重力波,就是要在這一微波背景輻射找到重力波的獨特印記。

美國科學家2014年在南極的BICEP實驗一度認為發現了原初重力波,結果發現,他們錯將銀河系中星際塵埃造成的干擾當成了宇宙的「初啼」。然而這一結果更激發了原初重力波探測的新高潮。

2014年5月,中科院高能物理所研究員張新民帶領團隊提出在西藏阿里開展CMB實驗研究。據他介紹,原初重力波太微弱,所以要選干擾盡可能少的區域。大氣越稀薄、水汽含量越少,才越有希望看清原初重力波留下的痕跡。

全球4個最佳觀測點:南極、智利、格陵蘭、阿里

目前,科學家在全球共選出了4個最佳觀測點,南半球是南極和智利阿塔卡馬沙漠,北半球在格陵蘭島和中國西藏阿里。阿里有望成為北半球天區第一個地面觀測點,與南半球實現聯合觀測。

中科院高能所副研究員李虹說,阿里望遠鏡與位於南極的BICEP望遠鏡原理類似,但精度更高,中美將合作研製。如果現在就開始積極研發,預計3至5年內能建成並投入使用。 (相關報導: 低音、中音、高音,探測重力波,如同聆聽一曲宇宙的交響樂 更多文章

美國麻省理工學院物理系研究員、哈佛史密森天體物理研究中心研究者蘇萌說,美國哈佛大學、斯坦福大學、芝加哥大學、明尼蘇達大學等同行,都對阿里台址很感興趣,希望開展合作。中國多家單位與美國能源部下屬的國家實驗室簽署了合作備忘錄。

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