中国这个新探测计划,能否证明引力波的存在?

2017-09-28 11:10:36 来源: 科技日报 作者: 付毅飞

清华大学天体物理中心和天仪研究院21日在京发布“天格计划”,将发射24颗微小卫星组成星座,探测引力波电磁对应体。

引力波是爱因斯坦广义相对论所预言的一种时空波动,其探测对人类探索宇宙起源和发展、认知自我具有重要意义。但引力波的产生非常困难。地球围绕太阳以每秒30千米的速度运行,发出的引力波功率仅为200瓦。宇宙中大质量天体的加速、碰撞和合并等事件,才能形成强大的引力波,但波源距离地球都很遥远,传到地球时已经非常微弱。人类经过近百年努力,直到2015年9月才利用激光干涉仪引力波天文台(LIGO),首次直接探测到引力波。

“天格计划”的目标是探测引力波在伽马射线波段的电磁对应体。这是一种伴随引力波暴发产生的电磁辐射,其探测对理解极端条件下的天体物理过程非常重要。清华大学工程物理系及天体物理中心教授冯骅表示,与LIGO事件成协的伽马射线短暴具有明亮、稀有等特点,可利用立方星平台搭载先进闪烁体探测器实现探测,通过卫星组网逐步实现全天覆盖,利用信号的时间延迟进行定位。目前该项目已完成初步科学论证设计报告,成功研制了实验室测试系统,其科学意义和可行性得到了相关领域专家的认可。

天仪研究院作为微小卫星太空实验服务商,在项目中负责微小卫星平台的研制与发射、运营、维护服务。该公司CEO杨峰介绍,“天格计划”首颗技术验证星将于2017年底完成研制工作,计划在2018年搭载快舟十一号火箭发射入轨。全部24颗卫星的发射组网预计在2023年完成。如果项目取得成功,将实现前沿科学技术与商业航天的深度结合。

微小卫星太空实验服务商天仪研究院、清华大学天体物理中心在北京联合发布“天格计划”。这是继美国科学家去年宣布直接观测到引力波、在世界科学界掀起一波“引力波探测热”之后,中国科学家发起的又一探测计划。

“天格计划”的原理是向距离地面600公里的太空中发射24颗卫星,组成一个覆盖全天的卫星星座,以实现24小时不间断地对伴随引力波的电磁辐射进行监测,并且可以通过多颗卫星获得的信号时延,来对引力波的源头进行精密定位。“天格计划”首颗技术验证星将于2017年底完成研制工作,计划在2018年年中搭载快舟十一火箭,完成卫星发射入轨。

与美国科学家去年直接探测到引力波相比,“天格计划”属于是探测引力波的副产品。但是,这一探测如能实现,将是对引力波理论的又一次有力证明。

说起引力波,许多人会觉得既陌生又拗口。这到底是一种什么样的东西呢?探测到它又有什么意义呢?

这还要从我们的宇宙观说起。从上古时代的天圆地方,再到后来的地球中心说,以及后来的太阳中心说,至今我们仍然不能有把握地说我们认识了这个宇宙。在爱因斯坦看来,我们的宇宙仿佛是一个巨大的肥皂泡。所有的天体(行星、恒星、星系)都存在于这个肥皂泡上。我们之所以感觉不到这个肥皂泡的曲率,是因为这个泡实在太大了,就好像人站在地球表面也感觉不到地球的曲率一样。

当大质量的天体,比如两个星系之间在宇宙这个肥皂泡表面相互碰撞的时候,必然在肥皂泡上激起一圈圈的涟漪。这个涟漪就是引力波。如果能探测到引力波的存在,就等于证实了爱因斯坦所构想的宇宙模型,使人类更进一步地认识了自己所处的宇宙。这将为我们未来的宇宙航行等一系列科技发展带来巨大的推动作用。

美国科学家在2016年第一次直接观测到了引力波,虽然获得了全球科学家的喝彩,但真正印证这项引力波探测的成就,还需要时间。引力波的探测无疑是一项诺贝尔奖级别的科学成就,但那些直接探测到引力波的科学家要获得这项荣誉,可能要到十几甚至几十年后,这就是因为物理学的实证原则。许多诺贝尔自然科学奖项,也都是在获奖者获得科学发现几十年后才颁发,也是同样的原因。

而这一次中国清华大学和天仪研究院联合发起的引力波电磁辐射探测项目,无疑就是对引力波进行侧面验证的一个机会,项目自身也是诺贝尔奖级别的。

从相关中国科学家的讲话来看,这个项目已是箭在弦上,2018年就将发射首颗卫星。同时,科学家们在不同场合的采访中,也都不约而同地表示出,这个项目具备拿诺奖的分量。

说到这儿,不由得想起9月15日刚刚离开我们的中国“天眼”首席科学家及工程师南仁东,放弃国外高薪,孜孜以求20余年,用尽生命帮助中国赶在外国之前打造出世界第一的超级射电望远镜,为中国乃至人类打开了一只探索宇宙的天眼。此次中国科学家发起的“天格计划”将最前沿的科学技术与商业航天深度结合,如能有力验证引力波理论,必将会为中国和世界带来更多的科技突破与创新。




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责任编辑: 赵卫华
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