“天琴計劃”預期執(zhí)行期為2016年至2035年，將分四個階段實施。在0顆星階段，為滿足天琴衛(wèi)星對入軌精度的要求，“天琴計劃”將首先發(fā)展月球和深空衛(wèi)星激光測距技術，幫助實現(xiàn)對天琴衛(wèi)星毫米級的定軌精度；1顆星階段時，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，借助激光測距對全球重力場進行高精度測繪；3顆星階段時，將探測引力波。

　　“時空漣漪”“來自宇宙的心跳”，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言，到美國激光干涉引力波天文臺（簡稱LIGO）第一次直接“捕獲”到引力波，全世界科學家“并肩作戰(zhàn)”，矢志不渝地艱難求索。

　　早在20世紀70年代，中國科學家就開始努力傾聽“宇宙呢喃”。中山大學物理研究室以及該校物理系教授陳嘉言，，被認為是中國引力波研究的先行者。但陳嘉言因公殉職后，中山大學一度停滯引力波研究。

　　2015年7月，中山大學再啟引力波研究征程，中科院院士、中山大學校長羅俊領銜啟動空間引力波探測工程“天琴計劃”。中山大學將聯(lián)合國際上的頂尖科學家、科研技術部門，集成全世界最尖端技術，向太空發(fā)射三顆衛(wèi)星，建設中國自己的引力波天文臺，尋覓宇宙“弦音”。

　　三顆衛(wèi)星布“琴”覓“知音”

　　如人類用望遠鏡觀測星空一樣，“天琴計劃”將向太空發(fā)射3顆衛(wèi)星，并將它們當作望遠鏡，尋覓引力波。

　　羅俊介紹說，這三顆全同的衛(wèi)星在以地球為中心，高度約10萬公里的軌道上運行，構成一個等邊三角形陣列。由于這三顆衛(wèi)星在太空中的分列圖類似樂器豎琴，故命名為“天琴計劃”。

　　“天琴計劃”將探測確定的引力波源，超緊湊雙白矮星系統(tǒng)RX J0806.3+1527是一個重要探測對象，它一個周期僅有5.4分鐘。為獲得最大的響應，3顆衛(wèi)星軌道面將正對RX J0806.3+1527。這樣不但能解決測到引力波信號卻無法確定引力波源的問題，還有望幫助節(jié)約大量衛(wèi)星發(fā)射方面成本。

　　3顆衛(wèi)星將如何探測引力波呢？羅俊解答說，3顆衛(wèi)星內部都包含一個或兩個極其小心懸浮起來的“檢驗質量”，高精度的激光干涉測距技術將被用來記錄由引力波引起的、不同衛(wèi)星上“檢驗質量”之間的細微距離變化，從而獲得有關引力波的信息。

　　為確�！皺z驗質量”始終保持與周圍的保護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調節(jié)的微牛級推進器，實時調節(jié)衛(wèi)星的運動姿態(tài)。衛(wèi)星外殼將屏蔽掉來自太陽風等細微的非引力擾動，這樣“檢驗質量”將只在引力的作用下運動。

　　據(jù)羅俊介紹，“天琴計劃”預期執(zhí)行期為2016年至2035年，將分四個階段實施。在0顆星階段，為滿足天琴衛(wèi)星對入軌精度的要求，“天琴計劃”將首先發(fā)展月球和深空衛(wèi)星激光測距技術，幫助實現(xiàn)對天琴衛(wèi)星毫米級的定軌精度；1顆星階段時，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，借助激光測距對全球重力場進行高精度測繪；3顆星階段時，將探測引力波。

　　打開人類觀測宇宙的“另一扇窗”

　　相對于LIGO，“天琴計劃”有何不同呢？羅俊認為，兩者是推開不同的窗看到不同的風景。

　　LIGO是通過探測到的引力波信號，反演推斷存在兩個黑洞的合并發(fā)生，沒有光學輔助手段等另外的獨立方式來確認�！疤烨儆媱潯贝_認引力波源的存在時，就可將光學天文望遠鏡作為輔助手段�！疤烨儆媱潯蓖ㄟ^天文觀測已確定的雙星系統(tǒng)，清楚它們的質量、方位、距離，以及相互之間繞行的軌道頻率等。

　　兩者的探測重點也不同。LIGO是在地面探測高頻段引力波，而“天琴計劃”則是將在空間中進行測量，探測低頻段引力波。低頻段的引力波是連續(xù)的引力波，其反映出來的東西更多元更豐富，一方面可從側面驗證LIGO引力波源、引力波傳播的性質，另一方面也可能探測到大質量甚至超大質量的黑洞。

　　“不同的頻段沒有先進落后之分，低頻與高頻的區(qū)別，就是大家看到宇宙不同的物理現(xiàn)象和物理進程。”據(jù)羅俊介紹，高頻引力波則大多是宇宙中更極端的事件，大質量的天體非常劇烈運動時才能產(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，往往是兩個星相隔較遠繞行，持續(xù)長時間運動。

　　加州理工學院物理學教授陳雁北是LIGO科學合作組織的研究成員，他期待“天琴計劃”實現(xiàn)3個愿景，即成為測量引力波的不同“窗口”，能與LIGO天文臺聯(lián)合觀測，成為不同領域科學家發(fā)展空間技術的合作平臺。

　　“天琴計劃”比“阿波羅計劃”要困難

　　引力波探測是科學皇冠上的一顆明珠，也是當今世界難度最大的尖端科技之一。在羅俊看來，“天琴計劃”比“阿波羅計劃”更難推進。它首先要求三顆衛(wèi)星非常精確地進入一個預先選定的軌道，之后對衛(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”，羅俊所率團隊已有20多年關鍵技術儲備。接棒中大校長之前，羅俊一直在華中科技大學從事物理學研究，其引力實驗室也被外國專家稱為“世界的引力中心”。羅俊率隊在此完成了“天琴計劃”部分關鍵技術的儲備。如在兩顆星之間用激光干涉的方法精確測量距離的星間激光測距技術。

　　“天琴計劃”作為中方牽頭的國際合作項目，已吸引國內外一批頂尖人才聯(lián)合攻關技術難題。目前，國內十多個大學、研究院所以及俄羅斯莫斯科大學數(shù)名教授，已參與了“天琴計劃”的工作。此外，歐洲引力波探測項目“LISA計劃”課題組的幾位核心成員非常愿意開展合作，來自德國、意大利、法國的頂尖教授也希望成為合作者或者顧問。

　　羅俊認為，“天琴計劃”不但能探索超大質量黑洞和星系的形成，甚至提供有關極早期宇宙和量子引力的部分信息等，幫助我國空間探索技術走向世界前列；另外其發(fā)展起來的關鍵技術可在國民經(jīng)濟和國家安全方面發(fā)揮重要作用，如可用于精確測量地球重力場、精密測量、了解地球水資源分布與變化等很多領域。

　　羅俊也坦承，“天琴計劃”目前面臨資金挑戰(zhàn)�！疤烨儆媱潯焙臅r約15至20年，總投資約150億元。由于意義重大，該計劃應該是一個國家長期支持的科研行為，需要得到國家層面的支持。

　　近日召開的“天琴計劃”推進實施研討會傳來了好消息。廣東省發(fā)改委副主任陳志清在會上表示，廣東省發(fā)改委將向國家發(fā)改委爭取，將“天琴計劃”納入國家重大科技基礎設施建設項目，努力爭取國家給予最大的政策和資金支持。(本報記者 劉盾 通訊員 黃毅)　　

　　《中國教育報》2016年2月27日第3版