各国的引力波探测计划

    今天，中国科学院召开媒体见面会，首次对外披露了我国引力波空间探测计划——“太极计划”。中国科学院院士、“太极计划”首席科学家胡文瑞透露，“太极计划”的设想之一是在2030年前后发射3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的直接探测，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，以及其他的宇宙引力波辐射过程。

    5天前，LIGO科学合作组宣布探测到来自GW150914双黑洞合并事件的引力波，拼上了爱因斯坦广义相对论最后一块缺失的“拼图”。

    宇宙中的引力波，其实是来自天体的能量和质量变化，不同频率的引力波对应于不同的天体物理过程。关于引力波的探测，人类最早的探索开始于地面。

    上世纪60年代，人们开始在地面用共振天线探测，但由于灵敏度不够而未获得肯定的结果。

    上世纪90年代以后，人们开始用激光干涉方法在地面测量引力波，这一技术水平比共振天线法的探测灵敏度提高了4个数量级，使得LIGO实验组最终能够直接观测到引力波的信号。

    除了LIGO，国际上还有一些其他的地面探测计划，比如，意大利法国合作的VIRGO计划，德国和英国合作的GEO计划，日本的TAMA300计划。

    2014年5月，我国也提出了地面探测计划。中科院高能物理所研究员张新民带领团队提出在西藏阿里开展CMB实验研究。他说，原初引力波太微弱，所以要选干扰尽可能少的区域，大气越稀薄、水汽含量越少，才越有希望看清原初引力波留下的痕迹。

    胡文瑞告诉记者，基于地面的引力波探测实验装置，由于受空间距离的限制和地球重力梯度噪声的影响，无法探测低于10赫兹的引力波，使其研究目标变得较为有限。

    于是，各国科学家也将目光转向“天上”，开始了空间引力波探测的研究。

    1993年，欧洲空间局(ESA)首先提出激光干涉空间天线(LISA)计划，并于2000年完成了系统和工程研究报告——主要由3颗相距100万公里的航天器组成，构成一个等边三角形，采用激光干涉法精确测距，探测108Ms引力辐射。航天器的轨道为行星轨道，与地球一起绕着太阳运动。

    2015年年底，该组织已发射了LISA的关键技术验证卫星LISA-Pathfinder。

    胡文瑞说，因为1997年美国航天局(NASA)的加入，LISA计划成了欧美联合计划。但到了2011年，NASA退出，LISA计划再次成为欧空局独立的计划。时隔一年，欧空局开始与中方科学家商讨合作事宜。

    2008年由中国科学院发起，中科院多个研究所及院外高校科研单位共同参与，成立了中国科学院空间引力波探测论证组，开始规划中国空间引力波探测在未来数十年内的发展路线图。空间引力波探测已被列入中国科学院制定的空间2050年规划。

    在引力波的探测中，中低频波段（10-4~1.0赫兹）引力波，一直是各国探测的焦点。中频波段方面，其引力波源主要是中等质量的致密双星(黑洞、中子星、白矮星)，以及宇宙大爆炸早期(10~34秒以后)产生的引力波——更直白地说，这一波段的探测最有可能发现宇宙起源奥秘。

    在这一波段的探索中，美国的“后爱因斯坦”计划独树一帜。该计划有一颗“大爆炸观测者”BBO（Big Bang Observer）卫星，BBO卫星是根据探测106Ms天体的引力扰动产生的引力波或早期宇宙背景，着重探测地面装置和LISA计划之间的“中频引力波”。

    BBO的设计概念是类似于LISA任务的三角形激光干涉结构。其技术难度将更高，技术可行性遇到更大的挑战。

    日本也提出了在相似频段观测引力波的DECIGO计划。该计划由3颗无阻力卫星构成，各相距1000公里，计划在2024年发射。

    本报北京2月16日电