“天琴計(jì)劃”預(yù)期執(zhí)行期為2016年至2035年，將分四個(gè)階段實(shí)施。在0顆星階段，為滿足天琴衛(wèi)星對(duì)入軌精度的要求，“天琴計(jì)劃”將首先發(fā)展月球和深空衛(wèi)星激光測(cè)距技術(shù)，幫助實(shí)現(xiàn)對(duì)天琴衛(wèi)星毫米級(jí)的定軌精度；1顆星階段時(shí)，將利用一顆衛(wèi)星，在約700公里的軌道高度上，將等效原理的檢驗(yàn)提升到10-16水平；在2顆星階段，將利用2顆衛(wèi)星，在約400公里的軌道高度上，借助激光測(cè)距對(duì)全球重力場(chǎng)進(jìn)行高精度測(cè)繪；3顆星階段時(shí)，將探測(cè)引力波。

　　“時(shí)空漣漪”“來(lái)自宇宙的心跳”，引力波的別稱神秘而令人遐想。但從愛因斯坦百年前的偉大預(yù)言，到美國(guó)激光干涉引力波天文臺(tái)（簡(jiǎn)稱LIGO）第一次直接“捕獲”到引力波，全世界科學(xué)家“并肩作戰(zhàn)”，矢志不渝地艱難求索。

　　早在20世紀(jì)70年代，中國(guó)科學(xué)家就開始努力傾聽“宇宙呢喃”。中山大學(xué)物理研究室以及該校物理系教授陳嘉言，，被認(rèn)為是中國(guó)引力波研究的先行者。但陳嘉言因公殉職后，中山大學(xué)一度停滯引力波研究。

　　2015年7月，中山大學(xué)再啟引力波研究征程，中科院院士、中山大學(xué)校長(zhǎng)羅俊領(lǐng)銜啟動(dòng)空間引力波探測(cè)工程“天琴計(jì)劃”。中山大學(xué)將聯(lián)合國(guó)際上的頂尖科學(xué)家、科研技術(shù)部門，集成全世界最尖端技術(shù)，向太空發(fā)射三顆衛(wèi)星，建設(shè)中國(guó)自己的引力波天文臺(tái)，尋覓宇宙“弦音”。

　　三顆衛(wèi)星布“琴”覓“知音”

　　如人類用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)星空一樣，“天琴計(jì)劃”將向太空發(fā)射3顆衛(wèi)星，并將它們當(dāng)作望遠(yuǎn)鏡，尋覓引力波。

　　羅俊介紹說(shuō)，這三顆全同的衛(wèi)星在以地球?yàn)橹行�，高度約10萬(wàn)公里的軌道上運(yùn)行，構(gòu)成一個(gè)等邊三角形陣列。由于這三顆衛(wèi)星在太空中的分列圖類似樂(lè)器豎琴，故命名為“天琴計(jì)劃”。

　　“天琴計(jì)劃”將探測(cè)確定的引力波源，超緊湊雙白矮星系統(tǒng)RX J0806.3+1527是一個(gè)重要探測(cè)對(duì)象，它一個(gè)周期僅有5.4分鐘。為獲得最大的響應(yīng)，3顆衛(wèi)星軌道面將正對(duì)RX J0806.3+1527。這樣不但能解決測(cè)到引力波信號(hào)卻無(wú)法確定引力波源的問(wèn)題，還有望幫助節(jié)約大量衛(wèi)星發(fā)射方面成本。

　　3顆衛(wèi)星將如何探測(cè)引力波呢？羅俊解答說(shuō)，3顆衛(wèi)星內(nèi)部都包含一個(gè)或兩個(gè)極其小心懸浮起來(lái)的“檢驗(yàn)質(zhì)量”，高精度的激光干涉測(cè)距技術(shù)將被用來(lái)記錄由引力波引起的、不同衛(wèi)星上“檢驗(yàn)質(zhì)量”之間的細(xì)微距離變化，從而獲得有關(guān)引力波的信息。

　　為確�！皺z驗(yàn)質(zhì)量”始終保持與周圍的保護(hù)容器互不接觸的狀態(tài)，三顆衛(wèi)星上都將安裝推力可以精細(xì)調(diào)節(jié)的微牛級(jí)推進(jìn)器，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。衛(wèi)星外殼將屏蔽掉來(lái)自太陽(yáng)風(fēng)等細(xì)微的非引力擾動(dòng)，這樣“檢驗(yàn)質(zhì)量”將只在引力的作用下運(yùn)動(dòng)。

　　據(jù)羅俊介紹，“天琴計(jì)劃”預(yù)期執(zhí)行期為2016年至2035年，將分四個(gè)階段實(shí)施。在0顆星階段，為滿足天琴衛(wèi)星對(duì)入軌精度的要求，“天琴計(jì)劃”將首先發(fā)展月球和深空衛(wèi)星激光測(cè)距技術(shù)，幫助實(shí)現(xiàn)對(duì)天琴衛(wèi)星毫米級(jí)的定軌精度；1顆星階段時(shí)，將利用一顆衛(wèi)星，在約700公里的軌道高度上，將等效原理的檢驗(yàn)提升到10-16水平；在2顆星階段，將利用2顆衛(wèi)星，在約400公里的軌道高度上，借助激光測(cè)距對(duì)全球重力場(chǎng)進(jìn)行高精度測(cè)繪；3顆星階段時(shí)，將探測(cè)引力波。

　　打開人類觀測(cè)宇宙的“另一扇窗”

　　相對(duì)于LIGO，“天琴計(jì)劃”有何不同呢？羅俊認(rèn)為，兩者是推開不同的窗看到不同的風(fēng)景。

　　LIGO是通過(guò)探測(cè)到的引力波信號(hào)，反演推斷存在兩個(gè)黑洞的合并發(fā)生，沒(méi)有光學(xué)輔助手段等另外的獨(dú)立方式來(lái)確認(rèn)�！疤烨儆�(jì)劃”確認(rèn)引力波源的存在時(shí)，就可將光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡作為輔助手段�！疤烨儆�(jì)劃”通過(guò)天文觀測(cè)已確定的雙星系統(tǒng)，清楚它們的質(zhì)量、方位、距離，以及相互之間繞行的軌道頻率等。

　　兩者的探測(cè)重點(diǎn)也不同。LIGO是在地面探測(cè)高頻段引力波，而“天琴計(jì)劃”則是將在空間中進(jìn)行測(cè)量，探測(cè)低頻段引力波。低頻段的引力波是連續(xù)的引力波，其反映出來(lái)的東西更多元更豐富，一方面可從側(cè)面驗(yàn)證LIGO引力波源、引力波傳播的性質(zhì)，另一方面也可能探測(cè)到大質(zhì)量甚至超大質(zhì)量的黑洞。

　　“不同的頻段沒(méi)有先進(jìn)落后之分，低頻與高頻的區(qū)別，就是大家看到宇宙不同的物理現(xiàn)象和物理進(jìn)程�！睋�(jù)羅俊介紹，高頻引力波則大多是宇宙中更極端的事件，大質(zhì)量的天體非常劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)才能產(chǎn)生，通常只有中子星或黑洞等天體相撞才能產(chǎn)生。然而，宇宙中更多的天文事件不是這種極端事件，往往是兩個(gè)星相隔較遠(yuǎn)繞行，持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)。

　　加州理工學(xué)院物理學(xué)教授陳雁北是LIGO科學(xué)合作組織的研究成員，他期待“天琴計(jì)劃”實(shí)現(xiàn)3個(gè)愿景，即成為測(cè)量引力波的不同“窗口”，能與LIGO天文臺(tái)聯(lián)合觀測(cè)，成為不同領(lǐng)域科學(xué)家發(fā)展空間技術(shù)的合作平臺(tái)。

　　“天琴計(jì)劃”比“阿波羅計(jì)劃”要困難

　　引力波探測(cè)是科學(xué)皇冠上的一顆明珠，也是當(dāng)今世界難度最大的尖端科技之一。在羅俊看來(lái)，“天琴計(jì)劃”比“阿波羅計(jì)劃”更難推進(jìn)。它首先要求三顆衛(wèi)星非常精確地進(jìn)入一個(gè)預(yù)先選定的軌道，之后對(duì)衛(wèi)星的姿態(tài)控制、核心區(qū)域溫度漲落等方面要求極其精確。

　　為啃下這塊“硬骨頭”，羅俊所率團(tuán)隊(duì)已有20多年關(guān)鍵技術(shù)儲(chǔ)備。接棒中大校長(zhǎng)之前，羅俊一直在華中科技大學(xué)從事物理學(xué)研究，其引力實(shí)驗(yàn)室也被外國(guó)專家稱為“世界的引力中心”。羅俊率隊(duì)在此完成了“天琴計(jì)劃”部分關(guān)鍵技術(shù)的儲(chǔ)備。如在兩顆星之間用激光干涉的方法精確測(cè)量距離的星間激光測(cè)距技術(shù)。

　　“天琴計(jì)劃”作為中方牽頭的國(guó)際合作項(xiàng)目，已吸引國(guó)內(nèi)外一批頂尖人才聯(lián)合攻關(guān)技術(shù)難題。目前，國(guó)內(nèi)十多個(gè)大學(xué)、研究院所以及俄羅斯莫斯科大學(xué)數(shù)名教授，已參與了“天琴計(jì)劃”的工作。此外，歐洲引力波探測(cè)項(xiàng)目“LISA計(jì)劃”課題組的幾位核心成員非常愿意開展合作，來(lái)自德國(guó)、意大利、法國(guó)的頂尖教授也希望成為合作者或者顧問(wèn)。

　　羅俊認(rèn)為，“天琴計(jì)劃”不但能探索超大質(zhì)量黑洞和星系的形成，甚至提供有關(guān)極早期宇宙和量子引力的部分信息等，幫助我國(guó)空間探索技術(shù)走向世界前列；另外其發(fā)展起來(lái)的關(guān)鍵技術(shù)可在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)家安全方面發(fā)揮重要作用，如可用于精確測(cè)量地球重力場(chǎng)、精密測(cè)量、了解地球水資源分布與變化等很多領(lǐng)域。

　　羅俊也坦承，“天琴計(jì)劃”目前面臨資金挑戰(zhàn)�！疤烨儆�(jì)劃”耗時(shí)約15至20年，總投資約150億元。由于意義重大，該計(jì)劃應(yīng)該是一個(gè)國(guó)家長(zhǎng)期支持的科研行為，需要得到國(guó)家層面的支持。

　　近日召開的“天琴計(jì)劃”推進(jìn)實(shí)施研討會(huì)傳來(lái)了好消息。廣東省發(fā)改委副主任陳志清在會(huì)上表示，廣東省發(fā)改委將向國(guó)家發(fā)改委爭(zhēng)取，將“天琴計(jì)劃”納入國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目，努力爭(zhēng)取國(guó)家給予最大的政策和資金支持。(本報(bào)記者 劉盾 通訊員 黃毅)　　

　　《中國(guó)教育報(bào)》2016年2月27日第3版