中國有兩大引力波探測項目：阿里計劃和天琴計劃

　　位于西藏的阿里高原實驗室，用以進行引力波研究探測（蘇萌提供）

對話人：蘇萌，麻省理工學院物理系研究員，“阿里計劃”參與者，研究高能天體物理學與宇宙學，主要方向為宇宙微波背景輻射、暗物質(zhì)探測與宇宙射線物理學

法制晚報訊（記者 李洪鵬）“你知道嗎？目前，我國主要有兩大引力波探測項目：中科院高能所主導的‘阿里實驗計劃’和中山大學領(lǐng)銜的‘天琴計劃’。一個是在地面上聆聽引力波的音符，一個是到太空去捕捉引力波的聲響。”2月13日下午，中國科學院高能物理研究所在其官方微博上發(fā)布了上述內(nèi)容。

這意味著，在積極融入頂尖課題的世界協(xié)同作戰(zhàn)之余，中國科學家也同時開啟了新一輪的本土沖擊。今天上午，法制晚報記者對話了“阿里計劃”參與者蘇萌。

我國現(xiàn)有“阿里”“天琴”兩個引力波項目

法晚：我國有關(guān)探測引力波有哪些項目？

蘇萌：從我們國家的發(fā)展來講，引力波這一探索宇宙的全新窗口，是我國發(fā)展基礎(chǔ)科學的重要機遇期。

早在上世紀70年代，中國科學家就開始了引力波研究，可惜因種種原因停滯了十幾年，造成了人才斷層。

直到2008年，在中科院力學所國家微重力實驗室胡文瑞院士的推動下，中科院空間引力波探測工作組成立，引力波的中國研究再啟征程。

目前，我國主要有兩個大型引力波探測項目，一個是由中科院高能物理研究所主導的“阿里實驗計劃”，一個是由中山大學領(lǐng)銜的“天琴計劃”。

法晚：“天琴計劃”主要在進行哪些研究工作？

蘇萌：正在開展的由中山大學領(lǐng)導的“天琴計劃”，是我國正在規(guī)劃中的空間引力波探測國際合作項目，是我國放眼基礎(chǔ)科學前沿的一次重要嘗試。

天琴計劃與LIGO類似，“天琴計劃”主要分四階段實施：第一階段完成月球/衛(wèi)星激光測距系統(tǒng)、大型激光陀螺儀等天琴計劃地面輔助設(shè)施；

第二階段完成無拖曳控制、星載激光干涉儀等關(guān)鍵技術(shù)驗證，以及空間等效原理實驗檢驗；

第三階段完成高精度慣性傳感、星間激光測距等關(guān)鍵技術(shù)驗證，以及全球重力場測量；

第四階段完成所有空間引力波探測所需的關(guān)鍵技術(shù)，發(fā)射三顆地球高軌衛(wèi)星進行引力波探測。

完成全部四個子計劃，大約需要20年的時間，投資大約150億元人民幣。

在海拔5100米山脊進行引力波觀測

法晚：“阿里計劃”目前進展如何？

蘇萌：除了此前講到的空間引力波探測天琴計劃，原初引力波的探測是引力波領(lǐng)域研究的下一個重要科學目標，我國科學家正在利用西藏阿里地區(qū)高海拔的天然優(yōu)勢，開展北半球首個搜尋原初引力波的望遠鏡計劃。

早在10年前，中科院國家天文臺就在阿里建設(shè)觀測站，如今已頗具規(guī)模，相關(guān)設(shè)備也在研制中。

中科院高能所副研究員李虹說，初步打算將設(shè)備安裝在阿里觀測站，但未來還將在附近選取更高更好的觀測點，“大氣越稀薄、水汽含量越少，干擾就越小，才越有希望看清原初引力波留下的痕跡。”

另外，就國際上而言，目前地面觀測項目集中在發(fā)展相對成熟的智利天文臺和美國南極科考站兩個臺址。

北半球上的阿里天文臺位于我國西藏阿里地區(qū)獅泉河鎮(zhèn)以南約20公里處，海拔5100米的山脊。

這里海拔高、云量少、水汽低、透明度高，同時具備望遠鏡建設(shè)與運行基礎(chǔ)的臺址。

阿里臺經(jīng)過國家天文臺2009年以來的發(fā)展建設(shè)已經(jīng)相對成熟，初具規(guī)模，其地理上位于最佳的中緯度范圍，充分利用地球自轉(zhuǎn)，覆蓋天區(qū)廣。

中國“阿里計劃”

與美國相比獨具優(yōu)勢

法晚：我國的科研計劃與國外相比有何優(yōu)勢？

蘇萌：阿里計劃的原初引力波實驗是利用阿里地區(qū)獨特的地理氣象條件，實現(xiàn)首次對北半球可見天區(qū)的原初引力波搜尋，是我國獨具優(yōu)勢的引力波研究項目。比如美國本土無法開展類似的探測活動，只能通過美國在南極的科考站，或者借助智利的天文平臺進行南半球的觀測活動。

法晚：阿里計劃是通過什么設(shè)備去發(fā)現(xiàn)引力波的？

蘇萌：我們使用的是一臺微波波段的望遠鏡，通過極其敏感的探測元器件，排除地球大氣和銀河系的干擾，搜尋從137億年前跨越整個宇宙?zhèn)鞑サ降厍虻挠钪嫖⒉ū尘拜椛洹Ｎ覀儗ふ业氖且环N特殊的偏振信號，稱之為B模式。望遠鏡為了盡量避開環(huán)境和大氣的干擾，放在海拔5100多米的西藏阿里地區(qū)獅泉河附近的山頂。

用大型地面射電望遠鏡作為探測器

法晚：發(fā)現(xiàn)引力波對阿里計劃有什么推進？

蘇萌：引力波被LIGO首次直接探測到，證明了引力波的存在，我們可以滿懷信心地去尋找不同波段的引力波，就像不同波段的電磁波譜一樣。阿里計劃是尋找頻率最低的宇宙誕生之初產(chǎn)生的引力波，探測到它是下一個引力波領(lǐng)域、宇宙學、高能物理的重大突破。我們現(xiàn)在更有信心去探尋原初引力波。

法晚：引力波我們?nèi)庋劭床坏剑敲纯蒲猩先绾蝸硖綔y引力波呢？

蘇萌：其實，引力波的頻率很寬，最低的只有億億分之一赫茲。目前引力波根據(jù)其產(chǎn)生源不同，主要分四種，分布在不同頻率上，針對不同頻率，科學家采取了不同的探測手段。

頻率最低的是原初引力波，它的波長跟整個宇宙的尺度差不多大，所以只能通過對宇宙大爆炸后遺留的光子場信號，即宇宙微波背景輻射，來尋找它。2014年3月，美國哈佛史密松天體物理中心宣稱在南極觀測到了原初引力波，但隨后又發(fā)現(xiàn)出錯了。要從雜亂無章的各種引力波中辨認出帶有宇宙大爆炸初期引力波留下的獨特標記，的確太困難，需要不斷發(fā)展靈敏度更高的實驗來找尋。

其次是大質(zhì)量黑洞并合時發(fā)出的引力波，對應頻率在百萬分之一赫茲到億分之一赫茲之間。這種事件往往發(fā)生在星系與星系相撞的后期。

科學家往往利用校準后的毫秒脈沖星，作為校準光源，在地面上用大型地面射電望遠鏡作為探測器，來觀測這種引力波。

法晚：未來我們的探測方式會有怎樣的發(fā)展？

蘇萌：有趣的是，除了運用空間望遠鏡探測引力波需要的時間周期更長、項目成本更大外，其余三種實驗手段通過多年的發(fā)展，可以說齊頭并進，項目進展程度幾乎相同，也就是說都有機會首先探測到引力波信號。

這次LIGO團隊首次實現(xiàn)對引力波的直接探測，真正為我們打開了一個認知宇宙的新窗口，就像新生的嬰兒聽到了第一個聲音，我們期待著聆聽更多、更豐富、更神奇的關(guān)于宇宙的故事。

將推進揭示宇宙誕生之初的奧妙

法晚：研究引力波，在未來對我們有哪些用途？

蘇萌：科學上講引力波的發(fā)現(xiàn)為我們打開了研究宇宙的全新窗口。射電、光學、紅外、紫外、X射線、伽馬射線等等不同的電磁波譜研究宇宙都是來自于光子攜帶的信息，引力波攜帶著與電磁波截然不同的信息，將為我們揭示宇宙新的奧秘，比如黑洞與黑洞并合時的物理過程。

宇宙大爆炸時發(fā)出的原初引力波，如果被探測到將為我們揭示宇宙誕生之初的奧妙。

法晚：美國是由兩個地下探測裝置觀測到引力波的，咱們的阿里計劃下一步會不會也在這個方向上繼續(xù)攻關(guān)？還是通過其他方式來佐證？

蘇萌：由于科學目標不同，原初引力波不同于黑洞產(chǎn)生的引力波，所以探測的方式是通過對宇宙微波背景輻射的觀測實現(xiàn)的，跟LIGO的探測原理完全不同。

法晚：未來通過引力波的探索和發(fā)展，會不會實現(xiàn)時光穿越？

蘇萌：我們大概不會比100年前，人們發(fā)現(xiàn)電磁波時的想象力好太多，引力波到底能多大程度改變?nèi)祟惖纳睿?00年后的后裔們?nèi)ンw會吧！本版文/記者 李洪鵬