长江日报大武汉客户端9月16日讯9月15日，华中科技大学再获科研突破。该校天琴引力波理论团队在国际最权威天文刊物之一——《自然》（Nature）杂志子刊《自然-天文》（Nature Astronomy）上刊文，介绍中国空间引力波探测计划。
期刊发表截图。
据了解，此文是应该刊物主编的邀请，向国际学界发出中国声音，全方位地介绍中国的“天琴”及“太极”空间引力波探测计划的成就。
华中科技大学物理学院教授龚云贵介绍，此前，国际上对我国空间引力波探测计划进展知之甚少，这是中国科学家首次在顶尖国际杂志做完整系统的介绍。更重要的是，该文呼吁在“引力波探测”这一国际竞争白热化的领域，达成更紧密的国际合作。
首次在国际引力波探测学界发出中国声音
空间引力波探测器对不同方位的引力波源的定位精度，深色代表高定位精度。
引力波探测是世界科学界公认的难度最大的尖端科技之一。根据爱因斯坦的相对论，有质量物体非对称加速运动引起的时空涟漪像波浪一样传播，这就是引力波。就像普通物体之间的万有引力通常不会被感知到，普通物体产生的引力波也弱得无法被探测到。
年2月，美国激光干涉引力波天文台(LIGO)宣布，在年9月14日人类首次直接探测到了引力波，这是21世纪物理学最重大的发现。学界普遍认为，引力波的发现是物理学和天文学的一项重大突破。它开启了人类探索宇宙的一扇大门，甚至可能揭开宇宙诞生早期的奥秘。
目前，发达国家在引力波探测的国际竞争已经到了白热化程度。为了进入引力波这一国际最前沿、最基本的科学研究竞争队列，中国科学家独立提出了“天琴”与“太极”两个空间引力波探测计划。
年3月，中国科学院院士罗俊在华中科技大学的一次国际会议上首次提出、以中国为主导的国际空间引力波探测计划——天琴计划。“其实自年开始，罗俊院士在华中科技大学引力中心就开始布局空间引力波探测研究，二十多年来积累了若干技术，储备了一批优秀的人才。”龚云贵介绍道。
据介绍，“天琴计划”的思路是在年前后，向距地球10万公里轨道上发射三颗卫星，围绕地球组建等边三角形卫星阵列。它们将像在太空中架了一把竖琴，宇宙中的引力波传过来，则会拨动“琴弦”。通过激光测距等技术测得三颗卫星的距离和位置变化，就能获取该引力波数据，并进行天体物理、宇宙学及基础物理前沿研究。
而“太极计划”是中国科学院年提出的，类似欧美LISA计划，“太极计划”的三星编队轨道是以太阳为中心，设计干涉臂臂长即卫星间距万公里。“太极计划”对卫星的稳定性提出了更高要求，3颗卫星必须构成超稳超静平台。
龚云贵坦言，目前中国地面引力波探测确实落后欧美，但在空间引力波探测上，中国与欧美的距离正不断缩小。
期待国际间在竞争中达成合作
国际上主要几个空间引力波计划示意图。
“围绕地球轨道进行探测，是‘天琴计划’的原创成果，‘太极计划’和欧美的‘LISA计划’类似，是运行在太阳轨道周围。”
龚云贵长期从事引力理论、引力波物理及宇宙学方面的研究，并在国际上最先开展中国的“天琴”及“太极”联合观测方面的研究。
他介绍，两者都有其优势和劣势。围绕太阳轨道，虽然成本更高，但它能探测到更大质量的黑洞双星所发出的更低频率的引力波信号。而“天琴”由于靠近地球，从发射到入轨预期相对时间较短，更短的激光干涉臂在偏高频端的探测灵敏度高，对于研究中等质量黑洞、以及联合地面探测实验进行多波段引力波研究都非常重要。
龚云贵发现，“天琴”及“太极”联合可以把引力波源的空间定位能力提高至少两个数量级，这为引力波作为标准汽笛去研究哈勃常数危机及宇宙演化提供了理论基础。
“我们宇宙中的黑洞，有数十倍太阳质量的恒星级黑洞，还有更大的中等质量黑洞、超大质量黑洞等，不同的探测器所针对的物理内容不同。”比如天琴，更适合探测几千个太阳质量的种子黑洞，而太极则更适合探测大质量黑洞。单个引力波探测器对于不同空间方位的敏感度不同，研究的物理内容不一样，它们之间在探测精度及频段上可以形成互补。
此外，不同探测器所覆盖的天区也各不一样。如果欧洲的“LISA”计划和中国的“天琴”“太极”计划联合，不仅可以覆盖更宽广的天区，而且可以更加精确地确定引力波源的物理参数，从而更好地理解种子黑洞的起源及演化，宇宙的起源及演化及引力的本质特性等。
“我们不排斥合作，目前科学家们碰到共同问题，也会一起讨论寻找解决途径。多方合作还能互相验证、形成共赢。”
（长江日报记者陈晓彤通讯员高翔江可凡）
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