中科院太极计划=到太空寻找引力波

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1、中科院太极计划：到太空寻找引丿J波本报记者丁佳王佳雯倪思洁猴年春节已经过去，但春节期间“刷屏”的科学大事件——引力波，余温尚存。就在前不久，屮国科学院首次披露了一项宏伟的科学项目——空间太极（Taiji）计划，预计在2030年前后发射引力波探测卫星组，进行中低频波段引力波的直接探测。那么，屮科院祭出的这位“太极推手”究竟有何高招？它能否一举将小国推向引力波研究的最前沿？三星探空承载中国科研梦“引力理论的空间检验蕴含着白然科学的重人突破，屮国科技界应在这方而逐步产生重要贡献。”太极计划首席科学家、中科院院士胡文瑞说。虽然是刚刚

2、向公众揭开神秘面纱，但太极计划的酝酿和前瞻布局，其实早在引力波被发现数年前就开始了。2008年由屮科院发起，屮科院多个研究所及院外高校科研单位共同参与，成立了屮科院空间引力波探测论证组，开始规划我国空间引力波探测在未来数十年内的发展路线图。2012年中科院空间引力波探测工作组成立，经过儿年的努力，II前已形成了一支以中科院科研人员为主的空间太极计划工作组。已有来白科研机构和人学的十多个单位参与到空间太极计划中。胡文瑞坦言，中科院做这件事的初衷，就是“要搞前沿、创新的科学研究”。随后，在中科院先导科技专项空间科学预先研究项H连

3、续三期的资助下，工作组组织了各种学术交流活动，在引力波源的理论及探测研究和卫星技术研究上取得了诸多进展。目前，空间引力波探测已列入中科院空间2050年规划。对于科学家来说，这是一个令人兴奋的大计划。太极计划将发射由位丁•等边三角形顶端三颗卫星组成的引力波探测星组，用激光干涉方法进行中低频波段引力波探测。它的主要科学目标是观测双黑洞并合和极大质量比天体并合时产生的引力波辐射，以及其它的宇宙引力波辐射过程。太极计划的卫星将采用无拖曳技术，星组小卫星间距300万公里，激光功率约2瓦，望远镜口径约0.5米，加速度噪音、测距精度等技术

4、指标总体I：优于欧洲空间局USAi

5、-划的耍求,而频率范围覆盖了LISA的低频和口木DECIG0计划的中频。除了直接剑指引力波外，太极计划所涉及的学科领域之广、前端技术之多，简直令人咋舌。它涵盖了物理学、天文学、宇宙学、天体物理、空间科学、光学，以及粕密测量、航天技术、导航与制导、E行器与轨道设计等学科，需要突破空间超远距离超高精度激光测虽、超高灵敏度惯性传感器，以及超高精度卫星无拖曳控制等下一代高端空间技术。这个宏伟计划的设计和实施再次体现了中科院做为科技国家队的综合实力。在胡文瑞看來，这些技术对于捉升我国空间科学和深空探

6、测的技术水平具有重要意义，对惯性导航、地球科学、高粕度卫星平台建设等应用领域也将发挥积极的作用。太空：更大的舞台此次发现引力波的美国LIGO（激光干涉引力波观测站）是基于地面的观测系统，多年来经过不断升级，灵敏度大大提高，最终笫一次捕捉到了引力波信号。“然1佃，基于地面的引力波探测实验装置，受空间距离的限制和地球重力梯度噪声的彫响，无法探测低于10Hz的引力波，研究目标较为有限。”太极计划首席科学家、屮科院人学副校长、中科院院士吴岳良说，“因此，多国科学家都在加紧开展空间引力波探测的研究计划。”在中国，太极计划和另一项由中山

7、大学发起的天琴计划都在此列，但二者的科学目标和探测手段却各不相同。“太极计划主耍是用激光干涉方法进行屮低频波段引力波的直接探测，以观测双黑洞并和和极大质量比天体并合时产生的引力波辐射，及其它的宇宙引力波辐射过程。太极计划的卫星组处于太阳同步轨道。研究表明，这个轨道上的卫星组在相距300〜500万千米时，探测到的引力波是一个具有独特波段的引力波，是其它实验所不能观测的波段，可帮助我们理解中等和大质量黑洞的结构和形成以及它们如何成长为超大黑洞的过程，因通常认为星系的中心是一个屮等和人质量的黑洞。高精度的实验还可测量对爱因斯坦广义

8、相对论的修正，探测超越爱因斯坦广义相对论的量子引力理论。另外，结合微波背景辐射的测量，引力波成为探测早期宇宙的重耍手段，这个波段的引力波硏究可对应于TeV能量标度的早期宇宙，正好接近于目前大型对撞机所能达到的能量，是一个対新物理现象敏感的能量标度。”吴岳良说。相比之卜犬琴计划发射的三颗卫星在以地球为屮心，在高度约10万公里的轨道上运行,构成一个等边三角形阵列，对一个周期为5.4分钟的超紧凑双白矮星系统RXJ0806.3+1527产生的引丿J波进行探测。美国麻省理工学院物理学院研究员苏萌也看好空间探测的优势。“空间卫星探测一方

9、面可以实现全天区的观测，刃一方面可以实现更宽频段的观测”。苏萌告诉《屮国科学报》记者，空间探测理论上可能能够看到两种黑洞的并和过程。具体來说，一种是两个质量差不多的黑洞并和，以及后期演化的宇宙学，也就是观测黑洞后期是如何成必另外一种则是一个大质量黑洞旁边冇恒星级黑洞掉进去的天体变化过程。集