幾年前，美國(guó)激光干涉引力波天文臺(tái)(LIGO)一舉摘下人類首次直接探測(cè)到引力波的桂冠。不過，該盛事發(fā)生在地球表面，在太空直接聆聽宇宙琴弦迄今還未實(shí)現(xiàn)。

如今，后者正成為引力波科學(xué)界群雄競(jìng)逐之鹿。

4月17日至18日，香山科學(xué)會(huì)議聚焦中國(guó)空間引力波探測(cè)及國(guó)際協(xié)作聯(lián)盟。科技日?qǐng)?bào)記者在會(huì)議期間獲悉，由中國(guó)科學(xué)家提出的空間引力波探測(cè)“太極計(jì)劃”，正按預(yù)期目標(biāo)穩(wěn)步推進(jìn)并已取得重要進(jìn)展。

初步掌握多項(xiàng)關(guān)鍵核心技術(shù)

“我國(guó)科學(xué)家從2008年開始探討中國(guó)的空間引力波探測(cè)計(jì)劃，經(jīng)多年醞釀、調(diào)研和積累，2016年中科院正式提出空間引力波探測(cè)‘太極計(jì)劃’。”該計(jì)劃首席科學(xué)家、中科院院士吳岳良接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)介紹。

吳岳良介紹，“太極計(jì)劃”由3顆以太陽(yáng)為中心的衛(wèi)星組成，呈正三角形編隊(duì)。每顆衛(wèi)星間距300萬(wàn)公里，將采用高精度星間激光干涉測(cè)距技術(shù)和無(wú)拖曳航天技術(shù)，對(duì)空間引力波進(jìn)行探測(cè)和研究。

盡管也是利用激光干涉的基本原理，在空間環(huán)境探測(cè)引力波絕非易事。為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，“太極計(jì)劃”提出“三步走”發(fā)展路線圖。

第一步，希望在2020年逐步形成空間引力波探測(cè)技術(shù)能力;第二步，希望在2023年發(fā)射“太極”關(guān)鍵技術(shù)雙星驗(yàn)證星“太極探路者”;第三步，利用“太極探路者”的技術(shù)積累，在2033年發(fā)射“太極”三星。

中科院院士胡文瑞同為“太極計(jì)劃”首席科學(xué)家，他告訴科技日?qǐng)?bào)記者，實(shí)現(xiàn)“太極計(jì)劃”至少需要攻克28種關(guān)鍵核心技術(shù)。

“在前期預(yù)備研究過程中，‘太極計(jì)劃’研究組通過方案論證、原理實(shí)驗(yàn)演示、部分系統(tǒng)的原理樣機(jī)研制等，在關(guān)鍵技術(shù)方面打下一定基礎(chǔ)。”吳岳良透露，目前“太極計(jì)劃”研究組已初步掌握超穩(wěn)干涉儀、高精度相位計(jì)、高精度角位移敏感器、低噪探測(cè)器和超穩(wěn)望遠(yuǎn)鏡等關(guān)鍵核心技術(shù)及制作。

多項(xiàng)計(jì)劃正緊盯空間引力波

空間引力波之所以成為新靶標(biāo)，是因?yàn)樗c地面探測(cè)到的引力波頻段不同。

“LIGO探測(cè)的是高頻引力波，而‘太極計(jì)劃’探測(cè)的是低頻引力波，頻段集中在0.1毫赫茲到1赫茲。”中科院院士、會(huì)議執(zhí)行主席蔡榮根接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)說，高頻引力波一般由幾個(gè)或幾十個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量黑洞并和產(chǎn)生，而低頻引力波則可能由上萬(wàn)甚至上千萬(wàn)太陽(yáng)質(zhì)量的大質(zhì)量黑洞和超大質(zhì)量黑洞并和產(chǎn)生。

蔡榮根介紹，對(duì)低頻引力波的探測(cè)將有助于理解超大質(zhì)量黑洞的形成、演化和分布，并對(duì)科學(xué)家認(rèn)識(shí)宇宙結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重大影響。

“LIGO的發(fā)現(xiàn)可能是序曲，引力波的主旋律在深空。美國(guó)科學(xué)委員會(huì)曾在一份報(bào)告中指出，直接探測(cè)到低頻引力波將是諾獎(jiǎng)級(jí)的重大發(fā)現(xiàn)。”胡文瑞告訴科技日?qǐng)?bào)記者，在1赫茲左右的頻段，空間引力波探測(cè)還有望發(fā)現(xiàn)宇宙原初引力波，傾聽宇宙誕生之初的輕啼。

正因意義重大，國(guó)內(nèi)、國(guó)際范圍內(nèi)空間引力波探測(cè)的競(jìng)爭(zhēng)可謂激烈。

胡文瑞介紹，國(guó)際上最著名的是歐洲空間局發(fā)起、美國(guó)國(guó)家航空航天局參與的激光干涉空間天線(LISA)計(jì)劃。目前LISA預(yù)計(jì)2034年發(fā)射，與“太極計(jì)劃”預(yù)計(jì)發(fā)射時(shí)間相差無(wú)幾。除此之外，美國(guó)的BBO計(jì)劃和日本的DECIGO計(jì)劃也對(duì)空間引力波探測(cè)躍躍欲試。

在國(guó)內(nèi)，中山大學(xué)團(tuán)隊(duì)2015年提出空間低頻引力波探測(cè)的“天琴計(jì)劃”。該計(jì)劃也將采用3顆衛(wèi)星探測(cè)方案，與“太極計(jì)劃”的不同之處在于衛(wèi)星將繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)，衛(wèi)星間距約17萬(wàn)公里。

“目前‘太極計(jì)劃’和‘天琴計(jì)劃’都是預(yù)研性計(jì)劃。國(guó)內(nèi)需整合實(shí)力，逐漸形成三星組探測(cè)的囯家計(jì)劃，并開展相應(yīng)的國(guó)際合作。” 胡文瑞建議。