探测空间引力波，“太极一号”来了

 
 
探测空间引力波，“太极一号”来了  
 

求索未知宇宙，逐鹿空间引力波探测。前不久，中国科学院空间科学（二期）战略性先导科技专项首发星——微重力技术实验卫星在酒泉卫星发射中心成功发射，为我国在空间引力波探测领域率先取得突破奠定了基础。

作为我国首颗空间引力波探测技术实验卫星，近日成功发射的微重力技术实验卫星被正式命名为“太极一号”。为何要去遥远太空触摸宇宙律动的“脉搏”？“太极一号”有何亮点，目前运行情况如何？听听专家怎么说。

时空涟漪

如果盘点近年来科学研究的热点，引力波是其中一个。2012年，科学家在大型强子对撞机实验中发现神秘的上帝粒子，这表明人类对基本粒子的认识迈出了新的一步。至此，粒子标准物理模型所预言的61种基本粒子几乎都已找到，除了目前唯一的例外——引力子。科学家们认为，引力波是由引力子组成的，引力子则是证明宇宙大爆炸起源的关键。

目前，人类可见物质仅占宇宙总量的不足5％，即粒子标准物理模型能解释的物质；95％以上是至今仍笼罩着神秘面纱的暗物质和暗能量。“暗”顾名思义“看不见”，也无法对光和目前的探测手段——电磁波产生任何反应。但引力波或是揭开人类未知世界进而理解宇宙起源的关键，因为暗物质和暗能量都涉及引力效应和引力作用。

简而言之，“引力波提供了不同于电磁波的全新观测宇宙重要窗口，成为人类探索和认知宇宙的一种新途径和工具”。中国科学院副院长相里斌表示。

什么是引力波？它是物质和能量剧烈运动和变化所产生的一种物质波。如果以水面来比喻时空，引力波就可以看作是时空的涟漪。

爱因斯坦基于广义相对论预言了引力波的存在。2016年2月，美国激光干涉引力波天文台宣布，LIGO（激光干涉仪）探测器观测到了引力波发出的撞击声，人类由此第一次听到了来自外太空的问候——双黑洞并合产生的引力波。

“引力波的发现使得人类可探测到基于电磁波无法观测到的宇观尺度和新的天体现象。”“太极一号”首席科学家、中国科学院大学副校长吴岳良说。

探测挑战

征服星辰大海，注定坎坷难行。日常生活中，任何物质的加速运动都能产生引力波，但非常微弱。吴岳良表示，如果用每秒1000转的角速度快速转动一个质量为2000公斤、长度为1米的哑铃，那么在离哑铃3米远处，我们能感受到的引力波振幅仅为10的负35次方——小到目前人类最敏感的科学仪器都测量不到。

后来，实验物理学家们想到了一个解决方案：通过质量更大的天体来观测引力波效应，比如黑洞并合等。然而，像黑洞这样质量巨大天体融合产生的引力波信号穿越茫茫宇宙抵达地球时，已是极其微弱。吴岳良举了个例子，两颗1.5倍太阳质量的中子星以每秒1000转的速率绕转并合产生的引力波，在距离10的23次方米的位置能探测到的引力波强度为10的负20次方。

困难阻挡不住人类探索宇宙的决心。上世纪90年代，美国航空航天局与欧洲航天局合作发展LISA项目，计划探测的引力波源是双星系、超致密双星以及大质量天体的爆炸等。这是全球发展最成熟的空间引力波探测计划，将于2021年完成关键技术研究，2034年发射卫星。

人类已在地球表面直接探测到时空的涟漪，为何还要大费周章踏上去太空的征程？“空间引力波探测的波源特征所对应的天体质量和尺度，远大于地基引力波探测所对应的天体源。”吴岳良告诉经济日报记者，与地基探测不同，在空间能够探测到中低频段的引力波信号，能够发现天体质量更大、距离更遥远的引力波波源，揭示更为丰富的天体物理过程。