中國啟動「太極計劃」在太空探測重力波 預期2033年發射三顆衛星

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中國科學院大學常務副校長、空間重力波探測項目「太極計劃」首席科學家吳岳良院士近日公布,該計劃將在2020年到2025年發射「太極探路者號」試驗雙星系統。完成技術驗證後,預期在2033年發射三顆衛星,組成邊長300萬公里的等邊三角形,在地球繞日軌道發射入軌後繞日運行,彼此形成6路干涉鐳射,從而探測重力波。

據《澎湃新聞》5月23日報道,官方稱太極計劃得名原因如下:太極在道家文化中是宇宙的起源,而雙黑洞併合的情景頗合太極之象。

中國啟動「太極計劃」在太空探測重力波,預期2033年發射三顆衛星。(視覺中國)

2016年,美國「鐳射干涉儀重力波觀測站」(簡稱LIGO)公布,成功探測到雙黑洞併合產生的重力波,領導LIGO的三位美國物理學家也因而獲頒2017年諾貝爾獎。重力波是愛因斯坦廣義相對論中的重要推論。時間和空間在品質面前扭曲,時空在伸展和壓縮的過程中,會產生振動傳播開來,這些振動就是重力波。

地面探測受制於地球雜訊影響

LIGO的本質是兩臂等長4公里的L型真空管,重力波經過會微小地扭曲真空管中的時空,使兩臂各自發射的鐳射出現光程差。不過,受到空間距離限制和地球雜訊影響,地面鐳射干涉儀無法探測低於10赫茲的重力波,能研究的目標主要是小黑洞併合,且併合過程短暫,波源位置不易確定。

相比之下,太極計劃之類空間鐳射干涉衛星系統邊長數百萬公里,相當於一個放大了幾十萬倍的LIGO。太極計劃將有助科學家解答各項科學問題,例如宇宙中第一代種子黑洞是否由暗物質形成,又是如何成長為大品質和超大品質黑洞。同時,科學家能借此研究重力波的極化,探索重力的本質。

吳岳良指出,太極計劃在太陽軌道上運行,一是可避開地球重力梯度雜訊的影響;二是衛星組平面與黃道面成60度夾角,使衛星始終面對太陽,保持熱輻射的穩定性,有助探測器溫度變化控制在百萬分之一以內。

歐洲「LISA探路者號」已於2015年底升空

另一邊廂, 歐洲空間局(ESA)主導「鐳射干涉太空天線」(LISA)項目。其單顆技術驗證衛星「LISA探路者號」已於2015年年底發射升空, 降噪精度超過了目標準確度5倍。LISA預期在2021年完成關鍵技術研究,有可能在2030年左右發射衛星。

吳岳良對此表示,中科院始終保持著兩條路線,在參與LISA每一次合作會議的同時,堅持探索自主的重力波空間探測計畫。他認為太極計劃幾乎覆蓋LISA的重力波探測頻段,且在中等品質雙黑洞系統對應頻段上,比LISA具有更高的探測靈敏度。



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