走近大科學(xué)工程

　　科技日?qǐng)?bào)記者 劉園園

　　2015年，美國(guó)激光干涉引力波天文臺(tái)（LIGO）首次在人類歷史上直接探測(cè)到引力波。幾年來(lái)，LIGO已公開確認(rèn)成功探測(cè)到十幾次引力波事件。

　　隨著地面引力波天文臺(tái)捷報(bào)頻傳，去太空聆聽宇宙琴弦愈加受到期待。

　　記者了解到，早在2012年，中國(guó)空間引力波探測(cè)研究團(tuán)隊(duì)受邀參加首屆歐洲空間局空間引力波探測(cè)聯(lián)盟會(huì)議，公開介紹了中國(guó)的空間引力波探測(cè)計(jì)劃。該計(jì)劃在2016年初由中科院正式啟動(dòng)，并簡(jiǎn)稱為空間“太極計(jì)劃”。目前“太極計(jì)劃”正在進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，并已取得一些重要進(jìn)展。

　　在太空形成激光干涉鏈路

　　“‘太極’由3顆繞太陽(yáng)軌道運(yùn)轉(zhuǎn)的衛(wèi)星組成，呈正三角形編隊(duì)，每顆衛(wèi)星之間相距300萬(wàn)公里。”“太極計(jì)劃”首席科學(xué)家、中科院院士吳岳良接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)介紹，其基本原理與LIGO類似，都是利用激光干涉。

　　LIGO由兩條長(zhǎng)度4公里且互相垂直的干涉臂構(gòu)成。激光束沿每條干涉臂傳播，并被反射鏡反射。引力波的經(jīng)過(guò)會(huì)導(dǎo)致干涉臂臂長(zhǎng)發(fā)生微弱變化，激光束的傳播時(shí)間也發(fā)生變化并產(chǎn)生所謂的干涉條紋。LIGO就是要測(cè)量這種極其微弱的變化。

　　與之相比，“太極”將位于太空中，干涉臂臂長(zhǎng)即衛(wèi)星間距——300萬(wàn)公里。LIGO的激光束需要在專門建造的真空腔體中傳播。而“太極”本身就處于真空環(huán)境下，激光束直接在衛(wèi)星之間傳播。

　　吳岳良介紹，“太極”的每顆衛(wèi)星均攜帶兩套星間激光干涉測(cè)距系統(tǒng)。這樣，3顆衛(wèi)星一共可形成6條激光干涉鏈路，它們之間兩兩干涉形成“V”型激光干涉鏈路，因此可同時(shí)進(jìn)行3組引力波探測(cè)實(shí)驗(yàn)。

　　“對(duì)于一個(gè)引力波事件，‘太極’攜帶的6個(gè)激光組可以同時(shí)探測(cè)到，進(jìn)行3組實(shí)驗(yàn)，并獨(dú)立實(shí)現(xiàn)相互驗(yàn)證。”“太極計(jì)劃”首席科學(xué)家、中科院院士胡文瑞說(shuō)。

　　三步走實(shí)現(xiàn)“太極計(jì)劃”

　　“太極計(jì)劃”希望建成一個(gè)在宇宙空間探測(cè)引力波的超精密測(cè)量系統(tǒng)，涉及至少28種關(guān)鍵核心技術(shù)，比LIGO的技術(shù)難度有過(guò)之而無(wú)不及。

　　“在精密測(cè)量物理方面，‘太極計(jì)劃’所要達(dá)到的很多指標(biāo)都是國(guó)際上最精密、最靈敏的極限指標(biāo)。”吳岳良告訴記者。

　　這項(xiàng)計(jì)劃將利用高精度激光干涉測(cè)距系統(tǒng)，在300萬(wàn)公里距離測(cè)量由引力波造成的皮米級(jí)的距離變化。要知道，皮米是納米的千分之一。