中國“空間太極計劃”首席科學家、中科院院士胡文瑞（左）、吳岳良。

　　

　　空間太極計劃標識

　　從上世紀70年代的自主研發引力波探測器，到如今的“天琴計劃”、“阿裏實驗計劃”、“空間太極計劃”，中國科學家在“捕捉”引力波、探索宇宙初創奧秘的征程中一直在奮起直追。

　　中國探索腳步艱辛

　　1969年，美國馬利蘭州立大學的約瑟夫·韋伯宣稱，他已探測到不排除為引力波的信號，引起物理學界極大關注。

　　雖然當時條件艱苦，但是在這個世界頂級難題的漫長求索中，中國科學家從未放棄過自己的努力。上世紀70年代初，中山大學物理系教授陳嘉言等科學家決定白手起家，尋找引力波。沒有實驗室，他們就借來一間不足30平方米的、潮濕而不通風的地下室。清理房子，刷石灰，裝電燈，搬石塊，查文獻，借儀器……1976年，他們裝起了引力波天線模擬系統，並取得第一批實驗數據。

　　同年，國家科委和教育部把這項研究定為國家重點研究項目，批准建築專用實驗室。但是基建工程、建築材料、承建隊伍都得自己聯繫。為此，科學家們自己清洗小房間大大小小的鋼制真空罐、自己去切割搬運數十米長的鋼軌。終於在上世紀80年代初，他們用簡單的、最原始的棒狀天線，研發出達到同類型裏世界級水準的引力波檢測器。

　　遺憾的是，1982年，陳嘉言不幸在真空罐中觸電殉職。此後，由於人才隊伍接續等問題，中國的引力波研究停滯了許多年。直到2008年，在中國科學院力學所國家微重力實驗室胡文瑞院士的推動下，空間引力波探測工作組成立，引力波的中國研究才再啟征程。

　　另辟蹊徑追趕世界

　　一般來説，針對不同頻率的引力波信號源，探測的方式也會有所不同。主要有四種情況：

　　第一種是超大品質黑洞併合時發出的引力波，對應的頻率在百萬分之一到一萬分之一赫茲。科學家可用若干精確校準後的毫秒脈衝星在宇宙中排成校準源陣列，利用地面的大型射電望遠鏡來尋找引力波。

　　第二種頻率為十萬分之一到一赫茲，對應的信號源通常為品質更小一些的大品質黑洞併合過程的後期，可通過空間衛星陣列來探測。例如歐洲空間局的空間鐳射干涉引力波探測項目。

　　第三種是這次宣佈探測到的幾十到幾千赫茲的高頻段引力波，其信號源是中子星、恒星級黑洞等緻密天體組成的雙星系統併合過程，探測手段是地面數公里的鐳射干涉裝置。

　　第四種是“原初”引力波，它是宇宙大爆炸時宇宙時空劇烈的暴脹過程中産生的信號，需要對宇宙微波背景輻射進行觀測。

　　目前，中國的引力波研究主要有兩個方向，一是由中山大學領銜的“天琴計劃”，去太空捕捉引力波；二是由中科院高能物理研究所主導的“阿裏實驗計劃”，目標是在地面探測“原初”引力波。

　　“天琴計劃”將開展空間引力波探測計劃任務的預先研究，制定中國空間引力波探測計劃的實施方案和路線圖，並開展關鍵技術研究。整個計劃大約需要20年，投資大約150億元。

　　該計劃主要分四個階段。第一階段是完成月球/衛星鐳射測距系統、大型鐳射陀螺儀等“天琴計劃”地面輔助設施。第二階段是完成無拖曳控制、星載鐳射干涉儀等關鍵技術驗證，以及空間等效原理實驗檢驗。第三階段是完成高精度慣性傳感、星間鐳射測距等關鍵技術驗證，以及全球重力場測量。第四階段是完成所有空間引力波探測所需的關鍵技術，發射3顆地球高軌衛星進行引力波探測。

　　“阿裏實驗計劃”則擬在位於我國阿裏地區獅泉河鎮以南約20公里處、海拔5100米的山脊上建立引力波觀測站。該計劃負責人、中科院高能所研究員張新民解釋稱，這裡海拔高、雲量少、水汽低、透明度高，同時具備望遠鏡建設與運作基礎的臺址，提供了北半球最好的觀測臺址，將用於探測極早期宇宙“暴漲”過程、尋找宇宙“原初”引力波。他預計，首批成果可望約5年內“出爐”。

　　而就在LSC宣佈探測到引力波不久，2月17日，中科院宣佈了經8年醞釀的“空間太極計劃”。首席科學家胡文瑞表示，中國將在2030年前後發射3顆衛星（目前尚不得知其是否就是“天琴計劃”第四階段將發射的3顆衛星），觀測雙黑洞併合和極大品質比天體併合時産生的引力波輻射，以及其他的宇宙引力波輻射過程。

　　除了專門的引力波計劃，結合我國國情，我國在探測引力波上並沒有像美國一樣建設鐳射干涉儀這樣的直接探測引力波設備，而是投入到射電望遠鏡中，以找到射電天文學與引力波監測的結合點。