近日，《自然》雜志子刊《自然·天文》發(fā)表題為“中國空間引力波探測計劃的概念與現(xiàn)狀”的論文，這是中國科學(xué)家第一次在頂尖國際雜志上對中國空間引力波探測做出完整、系統(tǒng)的介紹。
2016年2月，美國激光干涉引力波天文臺(LIGO)宣布在2015年9月14日人類首次直接探測到了引力波，這是21世紀(jì)物理學(xué)最重大的發(fā)現(xiàn)。引力波在宇宙中幾乎自由傳播，是探究包括引力本質(zhì)在內(nèi)的新物理及宇宙奧秘的窗口。引力波探測的國際競爭，目前已經(jīng)到了白熱化程度，為了參與這一國際最前沿、最基本的科學(xué)研究，中國科學(xué)家提出了“天琴”與“太極”兩個空間引力波探測計劃。
“天琴計劃”是中國科學(xué)院院士羅俊于2014年3月在華中科技大學(xué)的一次國際會議上提出，2015年7月在中山大學(xué)發(fā)起，以中國為主導(dǎo)的國際空間引力波探測計劃。其目標(biāo)是在2035年前后，在約10萬公里高的地球軌道上，部署3顆全同衛(wèi)星，3顆衛(wèi)星將構(gòu)成邊長約為17萬公里的等邊三角形編隊，建成空間引力波天文臺“天琴”，開展引力波的空間探測，進行天體物理、宇宙學(xué)及基礎(chǔ)物理前沿研究。“天琴一號”已于2019年12月20日成功發(fā)射，并實現(xiàn)了所有預(yù)期目標(biāo)。
2016年，中國科學(xué)院提出了我國空間引力波探測“太極計劃”。類似歐美LISA計劃，“太極計劃”的3星編隊軌道是以太陽為中心，設(shè)計干涉臂臂長即衛(wèi)星間距300萬公里。“太極計劃”對衛(wèi)星的穩(wěn)定性提出了更高要求，3顆衛(wèi)星必須構(gòu)成超穩(wěn)超靜平臺。2019年8月31日，我國首顆空間引力波探測技術(shù)實驗衛(wèi)星“太極一號”成功發(fā)射，標(biāo)志著“太極計劃”第一步任務(wù)目標(biāo)已成功實現(xiàn)。
“中國空間引力波探測計劃的概念與現(xiàn)狀”一文由華中科技大學(xué)龔云貴、羅俊教授，上海交通大學(xué)及揚州大學(xué)王斌教授共同撰寫。
龔云貴教授長期從事引力理論、引力波物理及宇宙學(xué)方面的研究，在國際上最先開展中國“天琴”及“太極”聯(lián)合觀測方面的研究，發(fā)現(xiàn)“天琴”及“太極”聯(lián)合觀測，可以把對于引力波源的空間定位能力提高至少兩個數(shù)量級，這為引力波作為標(biāo)準(zhǔn)汽笛去研究哈勃常數(shù)危機及宇宙演化提供了理論基礎(chǔ)。
單個引力波探測器對于不同空間方位的敏感度不同，龔云貴教授團隊發(fā)現(xiàn)LISA、“天琴”及“太極”聯(lián)合起來，不僅可以覆蓋更寬廣的空間，而且可以更加精確地確定引力波源的物理參數(shù)，從而更好地理解種子黑洞的起源及演化、宇宙的起源、演化及引力的本質(zhì)特性等。
本報記者 吳純新 劉志偉 通訊員 高 翔 江可凡