超级军网国家的四大引力波探测计划！
来源：百度文库 编辑：超级军网 时间：2024/04/25 19:21:49
四天王争雄，中国的四大引力波探测计划摩拳擦掌，跃跃欲试！
×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××
（1）脉冲星探测
国家天文台利用脉冲星和射电望远镜基阵贵州FAST阵来验证某些频段的引力波
脉冲星网络有望探测低频引力波
最近激光干涉仪引力波天文台（LIGO）探测到的引力波信号来自两个质量各相当于太阳30倍左右的黑洞并合为一的过程。引力波覆盖了很宽的频率，需要不同的技术来进行探测。北美纳赫兹引力波天文台（NANOGrav）一项新近的研究说明，使用现有射电望远镜，我们可能很快就会探测到低频引力波。
引力波是时空（图中以绿色网格表示）中的涟漪，它是由加速运动的物体（如相互作用的特大质量黑洞）产生的。引力波可以影响脉冲星的射电信号抵达地球所花费的时间。（图片提供：David Champion）
本周发表在《天体物理学报通信》杂志上的一篇论文的第一作者、来自加州帕萨迪那（Pasadena）NASA喷气推进实验室的博士后史蒂芬·泰勒（Stephen Taylor）说：“如果我们可以对遍布全天且数量足够多的脉冲星进行监测，探测到这种信号是可行的。如果能在所有脉冲星中看到同样模式的偏离，就可以发现决定性的证据了。”泰勒与JPL和帕萨迪那加州理工学院的同事一直在研究使用脉冲星探测低频引力波信号的最佳方法。脉冲星是高度磁化的中子星，也就是大质量恒星作为超新星爆发后留下的高速自转核心。
爱因斯坦的广义相对论预言，加速运动的大质量物体会发出引力波（时空涟漪）。相互绕转的特大质量双黑洞会发出纳赫兹频率的引力波辐射，这样的黑洞质量都要比LIGO探测到的信号来源大数百万到10亿倍。这些黑洞都来自单独的星系中心，随后星系发生了并合。黑洞会缓慢靠近彼此，最终并合形成一个超大的黑洞。
当两个黑洞环绕彼此运行时，它们会拖曳着时空本体，并形成向外朝各个方向运动的微弱信号，这就好像是蜘蛛网中的振动一样。当这样的振动通过地球时，它会略略推挤我们的行星，导致地球相对遥远的脉冲星出现漂移。特大质量双黑洞形成的引力波要通过地球需要花费数月到数年，为了探测它们需要进行多年的观测。
泰勒的一名合作者、同样来自JPL的约瑟夫·拉齐奥（Joseph Lazio）说：“星系并合是常见事件，我们认为，宇宙中存在大量拥有特大质量双黑洞的星系，我们应该能够探测到它们。脉冲星让我们可以在两个黑洞螺旋靠近彼此的时候看到这些大质量天体。”
当这些庞大的黑洞距离彼此非常近的时候，引力波波长就变得过短，无法再使用脉冲星进行探测了。eLISA是欧洲空间局正在与NASA合作开发的一项计划，这样的空间激光干涉仪工作频率是可以探测到特大质量黑洞并合发出的信号的。LISA探路者卫星使用了JPL负责管理的稳定推进器系统，当前它正在为未来的eLISA计划测试必需的技术。
对于天文学家来说，发现特大质量双黑洞的迹象是一个挑战。星系的核心拥有众多恒星，甚至庞大的黑洞（大小与太阳系相当）也相形见绌。天文学家要在周边星系的辉光中观测双黑洞的迹象是很困难的。
射电天文学家转而去搜索这些双黑洞发出的引力波信号。2007年，NANOGrav开始观测一系列自转最快的脉冲星，并尝试探测引力波导致的微小漂移。
脉冲星会发出射电辐射束，一些辐射束在星体的每个自转周期内都会扫过地球一次。天文学家探测这种快速的射电辐射脉冲。大多数脉冲星每秒都会自转若干周，但有些毫秒脉冲星的转速要快上数百倍。
来自摩根镇（Morgantown）西弗吉尼亚大学的射电天文学家兼NANOGrav小组成员毛拉·麦克劳林（Maura McLaughlin）说：“毫秒脉冲星信号的抵达时间可以极其准确地预计出来，而我们的仪器可以以每秒1000万分之一的精度测量抵达时间。”
但是来自JPL与加州理工学院的天体物理学家提醒说，要探测微弱的引力波信号，我们可能需要很多脉冲星。来自JPL/加州理工学院研究小组的另一名成员米切尔·瓦利斯内里（Michele Vallisneri）说：“我们就好像是蛛网中心的蜘蛛。我们脉冲星网络上的脉络越多，就约有可能感知到路过的引力波。”
瓦利斯内里称，完成这样的壮举需要国际合作：“NANOGrav当前正在监测54颗脉冲星，不过我们只能看到很少几颗位于南天的脉冲星。我们需要与欧洲和澳大利亚的同行密切合作，来获取此类搜索所需的全天覆盖。”
一个澳大利亚脉冲星研究小组最近报告呈，在分析一组有着最高精度定时测量的脉冲星信号时，他们并未探测到这类信号，因此这一方法的可行性最近得到了置疑。在研究了他们的结果之后，NANOGrav小组确定，报告称的无探测并不是意外，其原因是乐观派的引力波模型以及对过少的脉冲星进行分析的结果。这篇一页的回应最近在arXiv电子预印本网站公布。
虽然存在技术上的挑战，但泰勒很自信地认为，他们的小组走的是正轨。泰勒说：“引力波随时都会扫过地球。考虑NANOGrav与其他国际小组正在监测的脉冲星数量，我们期待着在接下来的10年里能够获得低频引力波清晰而信服的证据。”
NANOGrav是由美国和加拿大超过60名科学家以及超过12家研究机构组成的合作组。小组使用西弗吉尼亚州的NRAO绿堤望远镜以及波多黎各的阿雷西博射电天文台获取的射电脉冲星定时观测来搜索时空本体中的涟漪。2015年，NANOGrav获得了美国国家科学基金会提供的1450万美元经费，来创建并运营一家物理前沿中心。
美国国家科学基金会引力波研究的项目负责人佩德罗·马罗内蒂（Pedro Marronetti）说：“LIGO最近探测到了引力波，而NANOGrav合作组非凡的工作显得尤其要紧且适时。这家由NSF赞助的物理前沿中心意在补足LIGO的观测，将引力波探测的窗口拓展到极低的频段。”
更多信息请访问：http://nanograv.org/。
（2）原初计划
王义芳的西藏引力波观测站！！！
在世界屋脊聆听“宇宙初啼”
阿里计划展露我国原初引力波探测雄心
■本报记者 王佳雯
在激光干涉引力波天文台（LIGO）宣布探测到引力波之后，国内相关研究也陆续走入人们的视线。从最初的“阿里计划”和“天琴计划”，到最近的“太极计划”，无不显示着我国在引力波探测领域的壮志雄心。
事实上，上述三大计划差别迥异。从探测方式来看，太极计划和天琴计划为空中探测，且探测目标不同。而阿里原初引力波探测项目则是地面观测，其目标是寻找宇宙初啼的证据——原初引力波。
原初引力波意义非凡
2月19日上午，中科院高能物理所研究员张新民与阿里计划得力干将美国麻省理工学院物理系研究员苏萌、中科院高能物理所副研究员李虹，在该所作了一场“LIGO引力波探测和阿里计划”专题研讨会。
研讨会在向听众传递关于引力波科学信息的同时，也展示了中国研究人员在该领域多年的研究成果及寻找原初引力波的雄心，吸引了众多科学家、物理和天文领域的学者、学生和科学爱好者参与。
张新民介绍，科学界根据起源对引力波进行了简单划分，其中在宇宙诞生时产生的引力波被视作原初引力波。
“原初引力波的波长与宇宙尺度相当，比此次LIGO探测到的引力波频率低很多。”苏萌解释道，“而且二者的起源也有很大差别，原初引力波对应宇宙学起源。而LIGO探测到的双黑洞并合引力波则起源于天体物理运动。”
在探测到引力波之后，寻找原初引力波，便被科学家视作下一个重要科学目标。
“发现原初引力波将是对早期宇宙理论的检验。”苏萌告诉《中国科学报》记者，宇宙早期是否存在暴涨过程都可以从原初引力波中寻找到答案，“发现原初引力波对基础物理和宇宙学，都会是很重要的突破”。
寻找宇宙背景光子
当代宇宙学普遍认为，宇宙早期经历过大爆炸过程，早期的宇宙可以被看作一团炙热的气体，宇宙各个组分处于热平衡状态，光子和电子频繁发生散射。随着宇宙膨胀，温度变低，光子在经历最后一次散射后脱离热平衡状态，在宇宙空间中自由传播，形成了所谓的宇宙背景光子（CMB）。
CMB携带着丰富的宇宙学信息，成为科学家认识宇宙的重要手段，CMB极化是下一代相关实验的研究重点，而测量CMB的B模式极化是科学家探测原初引力波的重要手段。
苏萌表示，CMB产生于宇宙诞生后38万年左右，已经过近137亿年的传播。“虽然中间经历了各种各样的天体物理演化过程，但我们依然有办法区分什么是后期宇宙演化产生的效应，什么是宇宙早期产生的信号。”
自1965年第一次捕捉到CMB光子之后，各国科学家已通过COBE、WMAP和PLANCK等空间卫星以及地面CMB望远镜进行了大量测量。地面望远镜成为下一代CMB实验发展的主要方向，由于北半球长期缺乏合适的台址，当前的CMB地面观测都集中在南半球，如美国南极科考站和智利天文台，只能看到50%的天区。因而在北半球天区寻找观测点，形成地面观测的全天覆盖变得十分重要。
静待研究成果
由于是微波波段的观测，CMB的地面探测对地面大气环境要求苛刻，大气中的水汽含量是一个重要的关注点。一方面空气中的水分子会吸收CMB光子，另一方面水汽也会在微波波段产生辐射，对信号形成干扰。“相当于信号变弱，而背景又增强了。”苏萌说。
所以，寻找具有合适大气透射率的观测点变得至关重要。根据PLANCK卫星的观测，全球只有4个地方适合进行CMB探测：位于南半球的阿塔卡马沙漠、南极，以及位于北半球的格陵兰岛和我国西藏阿里。
据悉，在国家天文台漫长的选址过程中，西藏阿里地区因独特的地理环境而胜出。如今，经过多年的建设和发展，阿里观测站为CMB探测提供了完备的基础条件。国家天文台副台长薛随建表示，CMB探测也是中国科学家的重要机遇。因为，地处海拔五六千米的CMB观测站，将打开北半球相关观测的局面，也为其成为相关领域重要的国际实验室提供了可能。
“阿里是CMB探测最好的地方。这样南半球有南极科考站，北半球有阿里。美国观测一半天区，我们观测一半天区，合起来便形成了全天区观测。”张新民说。
张新民告诉记者，阿里计划周期较短，预计5年将交出成果。不过，他也解释说：“从科学角度来说，5年出成果并不是说5年内就一定能看到原初引力波，而是说5年出一个研究结果，这个研究结果也可能是未来探测的一条线索。”
《中国科学报》 (2016-02-23 第4版 综合)
相关专题：人类首次探测到引力波
（3）天空激光测距太极计划
中国科学院今天（16日）公布我国空间引力波探测计划。 在我国，空间引力波探测已被列入中国科学院制订的空间2050年规划。
据中国经济网2月16日报道，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，开始规划我国空间引力波探测在未来数十年内的发展路线图。经过几年的努力，目前已形成了一支以中国科学院科研人员为主，胡文瑞院士、吴岳良院士为首席科学家的空间太极（Taiji）计划工作组。在科学院先导科技专项空间科学预先研究项目连续三期的资助下，工作组组织了各种学术交流活动和研讨会包括香山会议等，在引力波源的理论及探测研究和卫星技术研究上取得了诸多进展。
空间引力波探测和研究需要许多先进技术。在空间激光干涉仪方面需要稳频和锁相的大功率激光器和激光干涉系统；需要用无拖曵技术控制的高精度光学平台；需要测量超低重力水平的惯性传感器；需要控制各种噪声以分辨出引力波引起的微小距离（10-12米）的变化；以及需要与实验设备一体化的卫星研制。这些正是引力波国际探测计划要研究解决的关键技术。我国目前的技术能力与国际先进水平还有一定的差距，这种差距可以通过良好的国际合作得到一定的弥补。目前太极计划工作组与国际同行已建立了广泛的联系，与德国马普学会引力物理研究所和莱布尼茨大学爱因斯坦研究所确立了深度合作关系。太极计划工作组每年安排人员参加LISA合作组年会，与德国马普学会引力物理研究所每年轮流举办合作交流会议，对研究中所遇到的问题进行磋商和交流。
空间引力波太极计划涉及学科领域和前端技术广泛，包括物理学、天文学、宇宙学、天体物理、空间科学、光学，以及精密测量、航天技术、导航与制导、飞行器与轨道设计等，需要发展空间超远距离超高精度激光测量、超高灵敏度惯性传感器，以及超高精度卫星无拖曳控制等下一代高端空间技术，这些技术对于提升我国空间科学和深空探测的技术水平具有重要意义，对惯性导航、地球科学、高精度卫星平台建设等应用领域也将发挥积极的作用。
太极计划是一个中欧合作的国际合作计划，它有两个方案。方案I是参加欧洲空间局的eLISA双边合作计划，今年秋天将召开第三次双方科学家会议，完成双边合作的可行性报告，然后各自向主管部门呈报，由双方主管部门审批后执行。国际上很希望能有二组空间引力波探测系统同时进行空间探测，彼此验证，方案II就是发射一组中国的引力波探测卫星组，与2035年左右发射的eLISA卫星组同时邀游太空，进行低频引力波探测。方案II拟于2033年前后发射，实现我国大型先进科学卫星计划的突破。届时，中国卫星组与eLISA卫星组同时在空间独立进行引力波探测，互相补充和检验测量结果，我国将成为国际上空间引力波研究最重要基地之一。以基础科学研究为牵引，我国在空间科学研究、高端空间技术和科学卫星的整体水平上将会有一个质的飞跃。
2月16日上午，中国科学院在力学研究所举行空间引力波探测与研究媒体见面会。会议由中科院科学传播局周德进局长主持，其间公布了由中科院支持的“空间太极计划”。计划主要成员中科院力学所胡文瑞院士和国科大吴岳良院士分别就引力波探测与太极计划作了介绍，并就中国引力波物理及量子宇宙物理研究发展前景做了讨论。国科大乔从丰教授介绍道，太极就是宇宙起源，双星和双黑洞的融合也有太极之象，以此为名很有寓意。
下面知社为您介绍究竟何为太极，并附加州理工学院教授、LIGO科学联盟核心成员、理论物理学家陈雁北博士访谈。
中国科学院推出引力波探测“空间太极计划”
一百年前，爱因斯坦在创立了广义相对论后不久就提出了引力波存在预言。百年来，世界各国的科学家为寻找和发现引力波付出了巨大的努力，建造了多种实验装置。1974年，Hulse和 Taylor发现了脉冲双星PSR B1913+16,并在后续观测中间接找到了引力波存在的证据，于1993年获得诺贝尔物理学奖。2016年2月11日LIGO（激光干涉引力波观测站）实验组宣布直接观测到引力波信号。这一划时代的发现不仅是对爱因斯坦广义相对论一次意义非凡的直接验证，也为人类进一步探索宇宙的起源、形成和演化提供了一个全新的观测手段，包括探测宇宙大爆炸时期的引力波，为深入研究超越爱因斯坦广义相对论的量子引力理论提供了实验基础，开启了引力波物理和天文学以及量子宇宙物理研究的新纪元。
宇宙中引力波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。引力波谱的分析表明，地面观测的高频(>10Hz) 引力波主要对应于致密双星的引力辐射。上世纪60年代，人们开始在地面用共振天线探测引力波，但是由于灵敏度不够而未获得肯定的结果。90年代以来，人们开始用激光干涉方法在地面测量引力波，臂长分别达到4公里(美国的LIGO)，3公里(意、法合作的VIRGO)，600米(德、英合作的GEO)，和300米(日本的TAMA300)，其技术水平比共振天线法的探测灵敏度提高了四个数量级，使得LIGO实验组最终能够直接观测到引力波的信号。
中国科学院推出引力波探测“空间太极计划”
胡文瑞院士 (左)，吴岳良院士 (中)，周德进局长 (右)
近些年X射线的天文观测提供了星团等稠密动力学环境中中等质量黑洞存在的证据，而在宇宙学星系成长的等级过程中，中等质量黑洞作为超大质量黑洞早期种子来源的存在，也已在理论上被人们普遍接受。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10Hz的引力波，使其研究目标变得较为有限。为此，多国科学家都在加紧开展空间引力波探测的研究计划。1993年欧洲空间局(ESA)首先提出激光干涉空间天线(LISA)计划，在10-4-10-2Hz波段进行空间引力波测量。1997年美国空间局(NASA)加入，成为欧、美联合计划。LISA计划的引力波源是双星系、超大质量双黑洞和大质量比双黑洞的并合、普通星系核中大质量黑洞捕获恒星质量黑洞、超致密双星、以及大质量天体的爆炸等。2015年底已发射了LISA的关键技术验证卫星LISA-Pathfinder，计划于2025年左右发射(可能延至2030年或以后)由三颗各相距500万公里，装有空间激光干涉仪的卫星组进行空间引力波探测。最近，美国提出的后“爱因斯坦计划”包括两颗星，其中一颗是“大爆炸观测者”，着重于探测地面和LISA之间的中频(1x10-2-100 Hz)引力波。日本也提出了在相似频段观测引力波的DECIGO计划。中频波段的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。空间激光干涉法测量中、低频引力波将是天文学和空间宇宙物理最前沿的课题。
在我国，空间引力波探测已被列入中国科学院制订的空间2050年规划。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，开始规划我国空间引力波探测在未来数十年内的发展路线图。经过几年的努力，目前已形成了一支以中国科学院科研人员为主，胡文瑞院士、吴岳良院士为首席科学家的空间太极（Taiji）计划工作组。在科学院先导科技专项空间科学预先研究项目连续三期的资助下，工作组组织了各种学术交流活动和研讨会包括香山会议等，在引力波源的理论及探测研究和卫星技术研究上取得了诸多进展。
中国科学院推出引力波探测“空间太极计划”
经引力波探测和研究工作组多次商议和论证，按太极计划我国在2030年前后将发射由位于等边三角形顶端三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（1x10-4-1.0Hz）引力波的直接探测。卫星采用无拖曵技术，星组中卫星间距300万公里，激光功率约2瓦，望远镜口径约0.5米，加速度噪音为 3 x 10-15ms-2/√Hz。这一组技术指标总体上优于LISA的要求，而频率范围复盖了LISA的低频(10-4–10-1Hz)和DECIGO的中频(10-2–1 Hz)。太极计划的主要科学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，以及其它的宇宙引力波辐射过程。
空间引力波探测和研究需要许多先进技术。在空间激光干涉仪方面需要稳频和锁相的大功率激光器和激光干涉系统；需要用无拖曵技术控制的高精度光学平台；需要测量超低重力水平的惯性传感器；需要控制各种噪声以分辨出引力波引起的微小距离(10-12米)的变化；以及需要与实验设备一体化的卫星研制。这些正是引力波国际探测计划要研究解决的关键技术。我国目前的技术能力与国际先进水平还有一定的差距，这种差距可以通过良好的国际合作得到一定的弥补。目前太极计划工作组与国际同行已建立了广泛的联系，与德国马普学会引力物理研究所和莱布尼茨大学爱因斯坦研究所确立了深度合作关系。太极计划工作组每年安排人员参加LISA合作组年会，与德国马普学会引力物理研究所每年轮流举办合作交流会议，对研究中所遇到的问题进行磋商和交流。
空间引力波太极计划涉及学科领域和前端技术广泛，包括物理学、天文学、宇宙学、天体物理、空间科学、光学，以及精密测量、航天技术、导航与制导、飞行器与轨道设计等，需要发展空间超远距离超高精度激光测量、超高灵敏度惯性传感器，以及超高精度卫星无拖曳控制等下一代高端空间技术，这些技术对于提升我国空间科学和深空探测的技术水平具有重要意义，对惯性导航、地球科学、高精度卫星平台建设等应用领域也将发挥积极的作用。
太极计划是一个中欧合作的国际合作计划，它有两个方案。方案I是参加欧洲空间局的eLISA双边合作计划，今年秋天将召开第三次双方科学家会议，完成双边合作的可行性报告，然后各自向主管部门呈报，由双方主管部门审批后执行。国际上很希望能有二组空间引力波探测系统同时进行空间探测，彼此验证，方案II就是发射一组中国的引力波探测卫星组，与2035年左右发射的eLISA卫星组同时邀游太空，进行低频引力波探测。方案II拟于2033年前后发射，实现我国大型先进科学卫星计划的突破。届时，中国卫星组与eLISA卫星组同时在空间独立进行引力波探测，互相补充和检验测量结果，我国将成为国际上空间引力波研究最重要基地之一。以基础科学研究为牵引，我国在空间科学研究、高端空间技术和科学卫星的整体水平上将会有一个质的飞跃。
在媒体见面会后，知社学术圈第一时间连线美国加州理工学院，请LIGO团队核心成员、理论物理学家陈雁北博士发表感言。陈教授向记者介绍道：
中国进行空间引力波探测，有四个方面的意义。其主要的功用，不是催生诺贝尔奖，而是促进空间技术的发展，进而推动整个技术产业链，带动精密测量、激光、自动控制、高速计算等技术领域和产业的发展。其次，空间技术的提高，也会对地质、水文、矿产、气候变化等地球科学领域产生重大影响。此外，计划的实施，会培养一大批相关领域的专业技术人才和领军人物，从而推动整个国家科学和技术的进步。
最终，我们探索宇宙，来自人性对知识的渴求和未知的好奇。中华民族从远古开始，就对天文学有研究，在甲骨文中就有对宇宙的记载。科技的发展，一方面是为了人民生活品质的提高，另一方面也是为了推动精神文化的进步。这些年国家经济发展了，有这么强大实力，可以追求一些大的科学梦想。
新华社记者吴晶晶 白国龙
美国科学家近日宣布成功探测到引力波，证实了爱因斯坦引力理论的最后一项预言，震动世界。中国也正在积极布局引力波探测和研究，中国科学院１６日公布了空间引力波研究与探测的“空间太极计划”。
按照这一计划，中国将在２０３０年前后将发射三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。主要科学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。
据介绍，空间引力波探测被列入了中科院制订的空间２０５０年规划。２００８年由中科院发起，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。经过几年的努力，目前已形成中科院院士胡文瑞、吴岳良为首席科学家的“空间太极计划”工作组，在引力波源的理论及探测研究和卫星技术研究上取得了诸多进展。
胡文瑞院士介绍，“空间太极计划”是一个中欧合作的国际合作计划，目前有两个方案。方案Ｉ是参加欧洲空间局的ｅＬＩＳＡ双边合作计划，今年秋天将召开第三次双方科学家会议，完成双边合作的可行性报告。方案ＩＩ是２０３３年前后发射一组中国的引力波探测卫星组，与２０３５年左右发射的ｅＬＩＳＡ卫星组同时邀游太空。届时，中国卫星组与ｅＬＩＳＡ卫星组同时在空间独立进行引力波探测，互相补充和检验测量结果。
“空间太极计划”涉及学科领域和前端技术广泛，需要发展空间超远距离超高精度激光测量、超高灵敏度惯性传感器，以及超高精度卫星无拖曳控制等下一代高端空间技术，这些技术对于提升中国空间科学和深空探测的技术水平具有重要意义，对惯性导航、地球科学、高精度卫星平台建设等应用领域也将发挥积极的作用。
“我国目前的技术能力与国际先进水平还有一定的差距，这种差距可以通过良好的国际合作得到一定弥补。”胡文瑞说，目前太极计划工作组与国际同行已建立了广泛的联系，与德国马普学会引力物理研究所和莱布尼茨大学爱因斯坦研究所确立了深度合作关系。
一百年前，爱因斯坦在创立了广义相对论后不久就提出了引力波存在预言。百年来，世界各国科学家为寻找引力波付出了巨大努力，建造了多种实验装置。今年２月１１日，美国“激光干涉引力波天文台”（ＬＩＧＯ）宣布第一次直接探测到引力波，为人类开启了宇宙观测的全新窗口。
“针对不同频率的引力波信号源，需要不同的引力波接收器，ＬＩＧＯ实验在它的工作频段证实引力波的存在，也就是说，引力波在其他广泛的频段都应该存在，如果在对应这些引力波频段的探测上建造领先的实验装置，就会在未来的引力波科学大发现上占据先机。”美国麻省理工学院物理系研究员苏萌说。
ＬＩＧＯ的发现让中国科学家对中国引力波研究充满期待。除了中科院提出的“空间太极计划”，中国引力波探测计划还包括中山大学领衔的“天琴计划”和中科院高能物理研究所主导的“阿里实验计划”。“天琴计划”的目标是去太空捕捉引力波；“阿里实验计划”的目标则是在地面探测宇宙大爆炸初期的原初引力波。
“ＬＩＧＯ的发现证明了引力波的存在，我们可以满怀信心地去寻找不同波段的引力波，就像不同波段的电磁波谱一样。”苏萌说，“比如阿里实验计划将实现首次对北半球可见天区的原初引力波搜寻，是我国独具特色的引力波研究项目，如果成功将是下一个引力波领域、宇宙学、高能物理的重大突破。”
“目前在国际引力波探测领域，中国的影响几乎为零，希望借此机会更大推动国内引力波研究的发展。”
（4）500个亿的天空激光测距天琴计划
出自华中理工，后调任中山大学任校长的军界红人罗俊院士主导了卫星测距的天琴计划，此一计划是耗资最为巨大的世纪末工程！！预估总投资类似一座核电厂的代价！
中山大学空间引力波探测工程“天琴计划”启动
2016-02-22 13:29 来 源：中国教育报 作 者：刘盾 黄毅 字体： 大 中 小
“引力波探测是了解宇宙的新窗口与通道，可以了解宇宙过去、现在发生什么。中国应该在引力波探测上有一席之地。”在中山大学今天召开的推进实施“天琴计划”研讨会上，中国科学院院士、中山大学校长罗俊接受记者采访时表示，由该校发起的空间引力波探测工程“天琴计划”已于去年7月正式启动。
“天琴计划”将通过3颗轨道高度约10万公里、以地球为中心运行的卫星对引力波进行探测。“三颗卫星内部都包含一个或两个极其小心悬浮起来的‘检验质量’，高精度的激光干涉测距技术，将被用来记录由引力波引起的、不同卫星上‘检验质量’之间的细微距离变化，从而获得有关引力波的信息。”罗俊说。
“天琴计划”预期执行期为2016年至2035年，分四阶段实施。
第一阶段为2016年至2020年，将完成月球/深空卫星激光测距、空间等效原理检验实验，以及下一代重力卫星实验所需关键技术研发；2021年至2025年为第二阶段，该阶段将完成空间等效原理检验实验和下一代重力卫星实验工程样机，并成功发射下一代重力卫星和空间等效原理实验卫星；2026年至2030年实施的第三阶段将完成空间引力波探测关键技术、卫星载荷工程样机；最后的第四阶段将进行卫星系统整机联调测试、系统组装，发射空间引力波探测卫星。
罗俊介绍，相比于日前第一次直接探测到引力波的美国“激光干涉引力波天文台”，“天琴计划”增加了光学天文望远镜作为辅助手段，对引力波源的存在进行确认。此外，两者探测重点也不同，“激光干涉引力波天文台”是在地面探测高频段引力波，而“天琴计划”则是将在空间中进行测量，探测低频段引力波。低频段的引力波包含的信息更多元更丰富，可能探测到大质量甚至超大质量的黑洞。
“我们为‘天琴计划’已做了20多年的技术储备。”罗俊表示，在技术方面，对引力常数的测量、引力定律检验的研究，我国都处于世界前沿。在空间方面，“天琴计划”在中山大学珠海校区建研究中心，其综合设施的第一期工程包括3万平方米的天琴综合研究大楼、1万平方米的山洞超静实验室等。
（原标题：中山大学拨“天琴”觅宇宙“弦音”）
（5）地面激光干涉仪? (No)
×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××
全国政协委员、中国科学院院士、中国天文学会理事长武向平8日在接受科技日报记者采访时透露，中国引力波探测有望纳入未来国家基础研究发展计划，统一部署的中国引力波探测项目即将启动。
实际上，在美国成功探测到引力波之前，中国相关的引力波探测计划早已启动，比如中科院理论物理所在2008年就发起了“太极计划”；近期陆续启动的引力波相关探测计划还包括中山大学的“天琴计划”、中科院高能物理所的“阿里计划”以及国家天文台的“脉冲星测时引力波探测计划”。
值得注意的是，这些引力波探测计划均是高校和科研院所多年的预研究项目，既缺乏统一的部署和协调，更缺乏稳定持续的资金投入。对比美国在引力波探测方面的LIGO计划和欧洲的LISA计划，政府主管部门开始意识到有必要加强中国未来引力波探测的顶层设计与战略部署。
武向平透露，近期高层将召开中国引力波探测计划可行性研讨会，研究统筹目前国内主要的引力波探测计划的相关科研资源，加强协同与分工，最终制定形成一个稳定支持、目标明确、管理有序的引力波探测国家计划项目。
对于该计划项目的具体内容，武向平表示，根据目前的实际情况，引力波探测项目将有望形成三个研究方向不同的项目，分别探测引力波引起地球周围的“空间项”“时间项”以及宇宙极早期暴涨产生的原初引力波。目标就是要在引力波探测方面由“跟跑”变为“并跑”甚至“领跑”，从而实现基础研究领域在引力波探测方面的又一重大原始性突破。（记者王飞）
引力波探测的中国脚步——专访中科院国家天文台研究员张承民
我要评论
2016年02月14日 16:07:51 来源： 科技日报
评论0
打印
字大
字小
北京时间2月11日,美国加州理工学院、麻省理工学院、LIGO(激光干涉引力波天文台)科学联盟以及美国国家科学基金会联合宣布:引力波终于被探测到了!这一震惊世界的发现将对中国的引力波探测事业产生什么样的影响?
引力波探测的中国脚步
——专访中科院国家天文台研究员张承民
本报记者 刘园园
北京时间2月11日，美国加州理工学院、麻省理工学院、LIGO（激光干涉引力波天文台）科学联盟以及美国国家科学基金会联合宣布：引力波终于被探测到了！这是人类有史以来首次观测到时空的涟漪，它将打开人类探索宇宙的新窗口。这一震惊世界的发现将对中国的引力波探测事业产生什么样的影响？科技日报记者就此对中科院国家天文台研究员张承民进行了专访。
科技日报：中国科学家对引力波的探测是从什么时候起步的？
张承民：中国对引力波的探测研究早在上世纪 80 年代就开始了，这得益于著名科学家、原人大常委会副委员长周培源教授的支持，他曾经在美国普林斯顿大学留学，学习流体力学和广义相对论， 并听过爱因斯坦的课、与其一起讨论相对论。但当时由于条件落后，经济环境不是很好，设备和技术也不是很到位，那时对引力波的探测处于初级阶段，大部分情况下是进行理论的探索、方案的可实施性研究。
当时中科院的高能物理研究所、物理研究所以及中山大学都建立了引力波研究小组，进行了简单的、最原始的棒状天线观测，现在看来这些粗糙的设备距离探测引力波所需的灵敏度还是差得比较远的，但是中国科学家毕竟是进行了引力波研究的起步跟踪。
科技日报：中国科学家有没有想过建造像美国LIGO那样的激光干涉仪来探测引力波？
张承民：2000年前后美国LIGO建立后，中国科学家受到很大鼓舞。当时国家天文台还有其他单位相关学者开始牵头研讨建设中国概念的激光引力波干涉仪。当时中科院的领导给了很大的支持，提供了项目的必要启动经费，国家天文台对这个项目也是比较支持的。我本人荣幸地作为早期引力波探测项目参与者之一，也积极进行这方面的推动工作。
科技日报：现在中国的引力波探测处于什么样的发展状态？
张承民：中国在贵州建设500米口径射电望远镜（FAST）方面，把引力波作为探测目标之一。也就是说，后来引力波这项计划就转变成为FAST的科学目标之一，它未来可以通过监测毫秒脉冲星的空间位置变化，检验引力波的直接证据。
此前在上海建成的65米口径射电望远镜，以及现在正在新疆筹建的110米口径射电望远镜，都提出把脉冲星引力波监测作为其科学目标之一，但是它们的灵敏度和综合性能目前还达不到美国和澳大利亚射电望远镜的探测能力。在用射电望远镜探测引力波方面，美国、欧洲和澳大利亚目前是走在我们前面的。
FAST项目建成之后我们有可能实现追赶并赶超，按照设计要求， FAST的灵敏度和精度会比国际上现有最好的射电望远镜高3到5倍，它未来可能会成为引力波探测与研究的利器。因此，在未来几年，我们可以耐心等待来自中国的发现。
除此之外，中国加入了澳大利亚和南非正在建设的平方公里大型射电望远镜阵列（SKA）计划。SKA完成后将是世界上灵敏度最高的望远镜阵列，未来可能在探测引力波方面也会具有很高的权威性和说服力。
科技日报：在探测引力波方面，我们的路径似乎和美国有所不同。
张承民：中国没有像美国一样建设一个激光干涉仪直接探测引力波设备，而是投入到射电望远镜当中，找到了射电天文学与引力波监测的结合点，因为这跟我们国家目前的科技人员队伍的知识结构比较匹配吻合。可以说中国的引力波探测研究一直在进行当中，只是选择的策略和科技发达国家不太一样。我们国家当时遵循了“有所为、有所不为”的科技策略，是符合国情的判断。
但是这并不排除我们以后可能会建设小型的引力波激光干涉仪装置。现在我们的科技能力和科技队伍都有了一定的发展，再加上这次美国在引力波直接探测方面取得了重要成果，意味着原理上讲这种设备是可行的，所以中国未来也可能会考虑适当的引力波探测策略。
科技日报：美国科学家探测到引力波的消息震动全球科学界，您认为它对中国涉及引力波探测的项目例如FAST和“天琴计划”会有何影响？
张承民：美国科学家这次重大发现对中国在引力波的研究、探测以及相关科技设备研制、建设方面，可能会有比较好的推动作用。这个消息对FAST是极大的激励，因为未来我们在探测引力波时，可以朝LIGO所探测的波源方向靠拢，这样在探测上会有互相佐证的机会。“天琴计划”是中山大学发起的空间引力波探测计划，本次引力波发现事件对“天琴计划”也有很大的激励作用，至少从原理上确认了引力波存在的直接证据，这也说明“天琴计划”从科学原理上是可行的。美国科学家在获得引力波直接证据上取得了前所未有的科技结果，这对“天琴计划”在进行设备和方法论证时会起到一定的参考作用。对我国的引力波探测计划，我持积极乐观的看法。（科技日报北京2月13日电）
四天王争雄，中国的四大引力波探测计划摩拳擦掌，跃跃欲试！
×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××
（1）脉冲星探测
国家天文台利用脉冲星和射电望远镜基阵贵州FAST阵来验证某些频段的引力波
脉冲星网络有望探测低频引力波
最近激光干涉仪引力波天文台（LIGO）探测到的引力波信号来自两个质量各相当于太阳30倍左右的黑洞并合为一的过程。引力波覆盖了很宽的频率，需要不同的技术来进行探测。北美纳赫兹引力波天文台（NANOGrav）一项新近的研究说明，使用现有射电望远镜，我们可能很快就会探测到低频引力波。
引力波是时空（图中以绿色网格表示）中的涟漪，它是由加速运动的物体（如相互作用的特大质量黑洞）产生的。引力波可以影响脉冲星的射电信号抵达地球所花费的时间。（图片提供：David Champion）
本周发表在《天体物理学报通信》杂志上的一篇论文的第一作者、来自加州帕萨迪那（Pasadena）NASA喷气推进实验室的博士后史蒂芬·泰勒（Stephen Taylor）说：“如果我们可以对遍布全天且数量足够多的脉冲星进行监测，探测到这种信号是可行的。如果能在所有脉冲星中看到同样模式的偏离，就可以发现决定性的证据了。”泰勒与JPL和帕萨迪那加州理工学院的同事一直在研究使用脉冲星探测低频引力波信号的最佳方法。脉冲星是高度磁化的中子星，也就是大质量恒星作为超新星爆发后留下的高速自转核心。
爱因斯坦的广义相对论预言，加速运动的大质量物体会发出引力波（时空涟漪）。相互绕转的特大质量双黑洞会发出纳赫兹频率的引力波辐射，这样的黑洞质量都要比LIGO探测到的信号来源大数百万到10亿倍。这些黑洞都来自单独的星系中心，随后星系发生了并合。黑洞会缓慢靠近彼此，最终并合形成一个超大的黑洞。
当两个黑洞环绕彼此运行时，它们会拖曳着时空本体，并形成向外朝各个方向运动的微弱信号，这就好像是蜘蛛网中的振动一样。当这样的振动通过地球时，它会略略推挤我们的行星，导致地球相对遥远的脉冲星出现漂移。特大质量双黑洞形成的引力波要通过地球需要花费数月到数年，为了探测它们需要进行多年的观测。
泰勒的一名合作者、同样来自JPL的约瑟夫·拉齐奥（Joseph Lazio）说：“星系并合是常见事件，我们认为，宇宙中存在大量拥有特大质量双黑洞的星系，我们应该能够探测到它们。脉冲星让我们可以在两个黑洞螺旋靠近彼此的时候看到这些大质量天体。”
当这些庞大的黑洞距离彼此非常近的时候，引力波波长就变得过短，无法再使用脉冲星进行探测了。eLISA是欧洲空间局正在与NASA合作开发的一项计划，这样的空间激光干涉仪工作频率是可以探测到特大质量黑洞并合发出的信号的。LISA探路者卫星使用了JPL负责管理的稳定推进器系统，当前它正在为未来的eLISA计划测试必需的技术。
对于天文学家来说，发现特大质量双黑洞的迹象是一个挑战。星系的核心拥有众多恒星，甚至庞大的黑洞（大小与太阳系相当）也相形见绌。天文学家要在周边星系的辉光中观测双黑洞的迹象是很困难的。
射电天文学家转而去搜索这些双黑洞发出的引力波信号。2007年，NANOGrav开始观测一系列自转最快的脉冲星，并尝试探测引力波导致的微小漂移。
脉冲星会发出射电辐射束，一些辐射束在星体的每个自转周期内都会扫过地球一次。天文学家探测这种快速的射电辐射脉冲。大多数脉冲星每秒都会自转若干周，但有些毫秒脉冲星的转速要快上数百倍。
来自摩根镇（Morgantown）西弗吉尼亚大学的射电天文学家兼NANOGrav小组成员毛拉·麦克劳林（Maura McLaughlin）说：“毫秒脉冲星信号的抵达时间可以极其准确地预计出来，而我们的仪器可以以每秒1000万分之一的精度测量抵达时间。”
但是来自JPL与加州理工学院的天体物理学家提醒说，要探测微弱的引力波信号，我们可能需要很多脉冲星。来自JPL/加州理工学院研究小组的另一名成员米切尔·瓦利斯内里（Michele Vallisneri）说：“我们就好像是蛛网中心的蜘蛛。我们脉冲星网络上的脉络越多，就约有可能感知到路过的引力波。”
瓦利斯内里称，完成这样的壮举需要国际合作：“NANOGrav当前正在监测54颗脉冲星，不过我们只能看到很少几颗位于南天的脉冲星。我们需要与欧洲和澳大利亚的同行密切合作，来获取此类搜索所需的全天覆盖。”
一个澳大利亚脉冲星研究小组最近报告呈，在分析一组有着最高精度定时测量的脉冲星信号时，他们并未探测到这类信号，因此这一方法的可行性最近得到了置疑。在研究了他们的结果之后，NANOGrav小组确定，报告称的无探测并不是意外，其原因是乐观派的引力波模型以及对过少的脉冲星进行分析的结果。这篇一页的回应最近在arXiv电子预印本网站公布。
虽然存在技术上的挑战，但泰勒很自信地认为，他们的小组走的是正轨。泰勒说：“引力波随时都会扫过地球。考虑NANOGrav与其他国际小组正在监测的脉冲星数量，我们期待着在接下来的10年里能够获得低频引力波清晰而信服的证据。”
NANOGrav是由美国和加拿大超过60名科学家以及超过12家研究机构组成的合作组。小组使用西弗吉尼亚州的NRAO绿堤望远镜以及波多黎各的阿雷西博射电天文台获取的射电脉冲星定时观测来搜索时空本体中的涟漪。2015年，NANOGrav获得了美国国家科学基金会提供的1450万美元经费，来创建并运营一家物理前沿中心。
美国国家科学基金会引力波研究的项目负责人佩德罗·马罗内蒂（Pedro Marronetti）说：“LIGO最近探测到了引力波，而NANOGrav合作组非凡的工作显得尤其要紧且适时。这家由NSF赞助的物理前沿中心意在补足LIGO的观测，将引力波探测的窗口拓展到极低的频段。”
更多信息请访问：http://nanograv.org/。
（2）原初计划
王义芳的西藏引力波观测站！！！
在世界屋脊聆听“宇宙初啼”
阿里计划展露我国原初引力波探测雄心
■本报记者 王佳雯
在激光干涉引力波天文台（LIGO）宣布探测到引力波之后，国内相关研究也陆续走入人们的视线。从最初的“阿里计划”和“天琴计划”，到最近的“太极计划”，无不显示着我国在引力波探测领域的壮志雄心。
事实上，上述三大计划差别迥异。从探测方式来看，太极计划和天琴计划为空中探测，且探测目标不同。而阿里原初引力波探测项目则是地面观测，其目标是寻找宇宙初啼的证据——原初引力波。
原初引力波意义非凡
2月19日上午，中科院高能物理所研究员张新民与阿里计划得力干将美国麻省理工学院物理系研究员苏萌、中科院高能物理所副研究员李虹，在该所作了一场“LIGO引力波探测和阿里计划”专题研讨会。
研讨会在向听众传递关于引力波科学信息的同时，也展示了中国研究人员在该领域多年的研究成果及寻找原初引力波的雄心，吸引了众多科学家、物理和天文领域的学者、学生和科学爱好者参与。
张新民介绍，科学界根据起源对引力波进行了简单划分，其中在宇宙诞生时产生的引力波被视作原初引力波。
“原初引力波的波长与宇宙尺度相当，比此次LIGO探测到的引力波频率低很多。”苏萌解释道，“而且二者的起源也有很大差别，原初引力波对应宇宙学起源。而LIGO探测到的双黑洞并合引力波则起源于天体物理运动。”
在探测到引力波之后，寻找原初引力波，便被科学家视作下一个重要科学目标。
“发现原初引力波将是对早期宇宙理论的检验。”苏萌告诉《中国科学报》记者，宇宙早期是否存在暴涨过程都可以从原初引力波中寻找到答案，“发现原初引力波对基础物理和宇宙学，都会是很重要的突破”。
寻找宇宙背景光子
当代宇宙学普遍认为，宇宙早期经历过大爆炸过程，早期的宇宙可以被看作一团炙热的气体，宇宙各个组分处于热平衡状态，光子和电子频繁发生散射。随着宇宙膨胀，温度变低，光子在经历最后一次散射后脱离热平衡状态，在宇宙空间中自由传播，形成了所谓的宇宙背景光子（CMB）。
CMB携带着丰富的宇宙学信息，成为科学家认识宇宙的重要手段，CMB极化是下一代相关实验的研究重点，而测量CMB的B模式极化是科学家探测原初引力波的重要手段。
苏萌表示，CMB产生于宇宙诞生后38万年左右，已经过近137亿年的传播。“虽然中间经历了各种各样的天体物理演化过程，但我们依然有办法区分什么是后期宇宙演化产生的效应，什么是宇宙早期产生的信号。”
自1965年第一次捕捉到CMB光子之后，各国科学家已通过COBE、WMAP和PLANCK等空间卫星以及地面CMB望远镜进行了大量测量。地面望远镜成为下一代CMB实验发展的主要方向，由于北半球长期缺乏合适的台址，当前的CMB地面观测都集中在南半球，如美国南极科考站和智利天文台，只能看到50%的天区。因而在北半球天区寻找观测点，形成地面观测的全天覆盖变得十分重要。
静待研究成果
由于是微波波段的观测，CMB的地面探测对地面大气环境要求苛刻，大气中的水汽含量是一个重要的关注点。一方面空气中的水分子会吸收CMB光子，另一方面水汽也会在微波波段产生辐射，对信号形成干扰。“相当于信号变弱，而背景又增强了。”苏萌说。
所以，寻找具有合适大气透射率的观测点变得至关重要。根据PLANCK卫星的观测，全球只有4个地方适合进行CMB探测：位于南半球的阿塔卡马沙漠、南极，以及位于北半球的格陵兰岛和我国西藏阿里。
据悉，在国家天文台漫长的选址过程中，西藏阿里地区因独特的地理环境而胜出。如今，经过多年的建设和发展，阿里观测站为CMB探测提供了完备的基础条件。国家天文台副台长薛随建表示，CMB探测也是中国科学家的重要机遇。因为，地处海拔五六千米的CMB观测站，将打开北半球相关观测的局面，也为其成为相关领域重要的国际实验室提供了可能。
“阿里是CMB探测最好的地方。这样南半球有南极科考站，北半球有阿里。美国观测一半天区，我们观测一半天区，合起来便形成了全天区观测。”张新民说。
张新民告诉记者，阿里计划周期较短，预计5年将交出成果。不过，他也解释说：“从科学角度来说，5年出成果并不是说5年内就一定能看到原初引力波，而是说5年出一个研究结果，这个研究结果也可能是未来探测的一条线索。”
《中国科学报》 (2016-02-23 第4版 综合)
相关专题：人类首次探测到引力波
（3）天空激光测距太极计划
中国科学院今天（16日）公布我国空间引力波探测计划。 在我国，空间引力波探测已被列入中国科学院制订的空间2050年规划。
据中国经济网2月16日报道，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，开始规划我国空间引力波探测在未来数十年内的发展路线图。经过几年的努力，目前已形成了一支以中国科学院科研人员为主，胡文瑞院士、吴岳良院士为首席科学家的空间太极（Taiji）计划工作组。在科学院先导科技专项空间科学预先研究项目连续三期的资助下，工作组组织了各种学术交流活动和研讨会包括香山会议等，在引力波源的理论及探测研究和卫星技术研究上取得了诸多进展。
空间引力波探测和研究需要许多先进技术。在空间激光干涉仪方面需要稳频和锁相的大功率激光器和激光干涉系统；需要用无拖曵技术控制的高精度光学平台；需要测量超低重力水平的惯性传感器；需要控制各种噪声以分辨出引力波引起的微小距离（10-12米）的变化；以及需要与实验设备一体化的卫星研制。这些正是引力波国际探测计划要研究解决的关键技术。我国目前的技术能力与国际先进水平还有一定的差距，这种差距可以通过良好的国际合作得到一定的弥补。目前太极计划工作组与国际同行已建立了广泛的联系，与德国马普学会引力物理研究所和莱布尼茨大学爱因斯坦研究所确立了深度合作关系。太极计划工作组每年安排人员参加LISA合作组年会，与德国马普学会引力物理研究所每年轮流举办合作交流会议，对研究中所遇到的问题进行磋商和交流。
空间引力波太极计划涉及学科领域和前端技术广泛，包括物理学、天文学、宇宙学、天体物理、空间科学、光学，以及精密测量、航天技术、导航与制导、飞行器与轨道设计等，需要发展空间超远距离超高精度激光测量、超高灵敏度惯性传感器，以及超高精度卫星无拖曳控制等下一代高端空间技术，这些技术对于提升我国空间科学和深空探测的技术水平具有重要意义，对惯性导航、地球科学、高精度卫星平台建设等应用领域也将发挥积极的作用。
太极计划是一个中欧合作的国际合作计划，它有两个方案。方案I是参加欧洲空间局的eLISA双边合作计划，今年秋天将召开第三次双方科学家会议，完成双边合作的可行性报告，然后各自向主管部门呈报，由双方主管部门审批后执行。国际上很希望能有二组空间引力波探测系统同时进行空间探测，彼此验证，方案II就是发射一组中国的引力波探测卫星组，与2035年左右发射的eLISA卫星组同时邀游太空，进行低频引力波探测。方案II拟于2033年前后发射，实现我国大型先进科学卫星计划的突破。届时，中国卫星组与eLISA卫星组同时在空间独立进行引力波探测，互相补充和检验测量结果，我国将成为国际上空间引力波研究最重要基地之一。以基础科学研究为牵引，我国在空间科学研究、高端空间技术和科学卫星的整体水平上将会有一个质的飞跃。
2月16日上午，中国科学院在力学研究所举行空间引力波探测与研究媒体见面会。会议由中科院科学传播局周德进局长主持，其间公布了由中科院支持的“空间太极计划”。计划主要成员中科院力学所胡文瑞院士和国科大吴岳良院士分别就引力波探测与太极计划作了介绍，并就中国引力波物理及量子宇宙物理研究发展前景做了讨论。国科大乔从丰教授介绍道，太极就是宇宙起源，双星和双黑洞的融合也有太极之象，以此为名很有寓意。
下面知社为您介绍究竟何为太极，并附加州理工学院教授、LIGO科学联盟核心成员、理论物理学家陈雁北博士访谈。
中国科学院推出引力波探测“空间太极计划”
一百年前，爱因斯坦在创立了广义相对论后不久就提出了引力波存在预言。百年来，世界各国的科学家为寻找和发现引力波付出了巨大的努力，建造了多种实验装置。1974年，Hulse和 Taylor发现了脉冲双星PSR B1913+16,并在后续观测中间接找到了引力波存在的证据，于1993年获得诺贝尔物理学奖。2016年2月11日LIGO（激光干涉引力波观测站）实验组宣布直接观测到引力波信号。这一划时代的发现不仅是对爱因斯坦广义相对论一次意义非凡的直接验证，也为人类进一步探索宇宙的起源、形成和演化提供了一个全新的观测手段，包括探测宇宙大爆炸时期的引力波，为深入研究超越爱因斯坦广义相对论的量子引力理论提供了实验基础，开启了引力波物理和天文学以及量子宇宙物理研究的新纪元。
宇宙中引力波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。引力波谱的分析表明，地面观测的高频(>10Hz) 引力波主要对应于致密双星的引力辐射。上世纪60年代，人们开始在地面用共振天线探测引力波，但是由于灵敏度不够而未获得肯定的结果。90年代以来，人们开始用激光干涉方法在地面测量引力波，臂长分别达到4公里(美国的LIGO)，3公里(意、法合作的VIRGO)，600米(德、英合作的GEO)，和300米(日本的TAMA300)，其技术水平比共振天线法的探测灵敏度提高了四个数量级，使得LIGO实验组最终能够直接观测到引力波的信号。
中国科学院推出引力波探测“空间太极计划”
胡文瑞院士 (左)，吴岳良院士 (中)，周德进局长 (右)
近些年X射线的天文观测提供了星团等稠密动力学环境中中等质量黑洞存在的证据，而在宇宙学星系成长的等级过程中，中等质量黑洞作为超大质量黑洞早期种子来源的存在，也已在理论上被人们普遍接受。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10Hz的引力波，使其研究目标变得较为有限。为此，多国科学家都在加紧开展空间引力波探测的研究计划。1993年欧洲空间局(ESA)首先提出激光干涉空间天线(LISA)计划，在10-4-10-2Hz波段进行空间引力波测量。1997年美国空间局(NASA)加入，成为欧、美联合计划。LISA计划的引力波源是双星系、超大质量双黑洞和大质量比双黑洞的并合、普通星系核中大质量黑洞捕获恒星质量黑洞、超致密双星、以及大质量天体的爆炸等。2015年底已发射了LISA的关键技术验证卫星LISA-Pathfinder，计划于2025年左右发射(可能延至2030年或以后)由三颗各相距500万公里，装有空间激光干涉仪的卫星组进行空间引力波探测。最近，美国提出的后“爱因斯坦计划”包括两颗星，其中一颗是“大爆炸观测者”，着重于探测地面和LISA之间的中频(1x10-2-100 Hz)引力波。日本也提出了在相似频段观测引力波的DECIGO计划。中频波段的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。空间激光干涉法测量中、低频引力波将是天文学和空间宇宙物理最前沿的课题。
在我国，空间引力波探测已被列入中国科学院制订的空间2050年规划。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，开始规划我国空间引力波探测在未来数十年内的发展路线图。经过几年的努力，目前已形成了一支以中国科学院科研人员为主，胡文瑞院士、吴岳良院士为首席科学家的空间太极（Taiji）计划工作组。在科学院先导科技专项空间科学预先研究项目连续三期的资助下，工作组组织了各种学术交流活动和研讨会包括香山会议等，在引力波源的理论及探测研究和卫星技术研究上取得了诸多进展。
中国科学院推出引力波探测“空间太极计划”
经引力波探测和研究工作组多次商议和论证，按太极计划我国在2030年前后将发射由位于等边三角形顶端三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（1x10-4-1.0Hz）引力波的直接探测。卫星采用无拖曵技术，星组中卫星间距300万公里，激光功率约2瓦，望远镜口径约0.5米，加速度噪音为 3 x 10-15ms-2/√Hz。这一组技术指标总体上优于LISA的要求，而频率范围复盖了LISA的低频(10-4–10-1Hz)和DECIGO的中频(10-2–1 Hz)。太极计划的主要科学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，以及其它的宇宙引力波辐射过程。
空间引力波探测和研究需要许多先进技术。在空间激光干涉仪方面需要稳频和锁相的大功率激光器和激光干涉系统；需要用无拖曵技术控制的高精度光学平台；需要测量超低重力水平的惯性传感器；需要控制各种噪声以分辨出引力波引起的微小距离(10-12米)的变化；以及需要与实验设备一体化的卫星研制。这些正是引力波国际探测计划要研究解决的关键技术。我国目前的技术能力与国际先进水平还有一定的差距，这种差距可以通过良好的国际合作得到一定的弥补。目前太极计划工作组与国际同行已建立了广泛的联系，与德国马普学会引力物理研究所和莱布尼茨大学爱因斯坦研究所确立了深度合作关系。太极计划工作组每年安排人员参加LISA合作组年会，与德国马普学会引力物理研究所每年轮流举办合作交流会议，对研究中所遇到的问题进行磋商和交流。
空间引力波太极计划涉及学科领域和前端技术广泛，包括物理学、天文学、宇宙学、天体物理、空间科学、光学，以及精密测量、航天技术、导航与制导、飞行器与轨道设计等，需要发展空间超远距离超高精度激光测量、超高灵敏度惯性传感器，以及超高精度卫星无拖曳控制等下一代高端空间技术，这些技术对于提升我国空间科学和深空探测的技术水平具有重要意义，对惯性导航、地球科学、高精度卫星平台建设等应用领域也将发挥积极的作用。
太极计划是一个中欧合作的国际合作计划，它有两个方案。方案I是参加欧洲空间局的eLISA双边合作计划，今年秋天将召开第三次双方科学家会议，完成双边合作的可行性报告，然后各自向主管部门呈报，由双方主管部门审批后执行。国际上很希望能有二组空间引力波探测系统同时进行空间探测，彼此验证，方案II就是发射一组中国的引力波探测卫星组，与2035年左右发射的eLISA卫星组同时邀游太空，进行低频引力波探测。方案II拟于2033年前后发射，实现我国大型先进科学卫星计划的突破。届时，中国卫星组与eLISA卫星组同时在空间独立进行引力波探测，互相补充和检验测量结果，我国将成为国际上空间引力波研究最重要基地之一。以基础科学研究为牵引，我国在空间科学研究、高端空间技术和科学卫星的整体水平上将会有一个质的飞跃。
在媒体见面会后，知社学术圈第一时间连线美国加州理工学院，请LIGO团队核心成员、理论物理学家陈雁北博士发表感言。陈教授向记者介绍道：
中国进行空间引力波探测，有四个方面的意义。其主要的功用，不是催生诺贝尔奖，而是促进空间技术的发展，进而推动整个技术产业链，带动精密测量、激光、自动控制、高速计算等技术领域和产业的发展。其次，空间技术的提高，也会对地质、水文、矿产、气候变化等地球科学领域产生重大影响。此外，计划的实施，会培养一大批相关领域的专业技术人才和领军人物，从而推动整个国家科学和技术的进步。
最终，我们探索宇宙，来自人性对知识的渴求和未知的好奇。中华民族从远古开始，就对天文学有研究，在甲骨文中就有对宇宙的记载。科技的发展，一方面是为了人民生活品质的提高，另一方面也是为了推动精神文化的进步。这些年国家经济发展了，有这么强大实力，可以追求一些大的科学梦想。
新华社记者吴晶晶 白国龙
美国科学家近日宣布成功探测到引力波，证实了爱因斯坦引力理论的最后一项预言，震动世界。中国也正在积极布局引力波探测和研究，中国科学院１６日公布了空间引力波研究与探测的“空间太极计划”。
按照这一计划，中国将在２０３０年前后将发射三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。主要科学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。
据介绍，空间引力波探测被列入了中科院制订的空间２０５０年规划。２００８年由中科院发起，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。经过几年的努力，目前已形成中科院院士胡文瑞、吴岳良为首席科学家的“空间太极计划”工作组，在引力波源的理论及探测研究和卫星技术研究上取得了诸多进展。
胡文瑞院士介绍，“空间太极计划”是一个中欧合作的国际合作计划，目前有两个方案。方案Ｉ是参加欧洲空间局的ｅＬＩＳＡ双边合作计划，今年秋天将召开第三次双方科学家会议，完成双边合作的可行性报告。方案ＩＩ是２０３３年前后发射一组中国的引力波探测卫星组，与２０３５年左右发射的ｅＬＩＳＡ卫星组同时邀游太空。届时，中国卫星组与ｅＬＩＳＡ卫星组同时在空间独立进行引力波探测，互相补充和检验测量结果。
“空间太极计划”涉及学科领域和前端技术广泛，需要发展空间超远距离超高精度激光测量、超高灵敏度惯性传感器，以及超高精度卫星无拖曳控制等下一代高端空间技术，这些技术对于提升中国空间科学和深空探测的技术水平具有重要意义，对惯性导航、地球科学、高精度卫星平台建设等应用领域也将发挥积极的作用。
“我国目前的技术能力与国际先进水平还有一定的差距，这种差距可以通过良好的国际合作得到一定弥补。”胡文瑞说，目前太极计划工作组与国际同行已建立了广泛的联系，与德国马普学会引力物理研究所和莱布尼茨大学爱因斯坦研究所确立了深度合作关系。
一百年前，爱因斯坦在创立了广义相对论后不久就提出了引力波存在预言。百年来，世界各国科学家为寻找引力波付出了巨大努力，建造了多种实验装置。今年２月１１日，美国“激光干涉引力波天文台”（ＬＩＧＯ）宣布第一次直接探测到引力波，为人类开启了宇宙观测的全新窗口。
“针对不同频率的引力波信号源，需要不同的引力波接收器，ＬＩＧＯ实验在它的工作频段证实引力波的存在，也就是说，引力波在其他广泛的频段都应该存在，如果在对应这些引力波频段的探测上建造领先的实验装置，就会在未来的引力波科学大发现上占据先机。”美国麻省理工学院物理系研究员苏萌说。
ＬＩＧＯ的发现让中国科学家对中国引力波研究充满期待。除了中科院提出的“空间太极计划”，中国引力波探测计划还包括中山大学领衔的“天琴计划”和中科院高能物理研究所主导的“阿里实验计划”。“天琴计划”的目标是去太空捕捉引力波；“阿里实验计划”的目标则是在地面探测宇宙大爆炸初期的原初引力波。
“ＬＩＧＯ的发现证明了引力波的存在，我们可以满怀信心地去寻找不同波段的引力波，就像不同波段的电磁波谱一样。”苏萌说，“比如阿里实验计划将实现首次对北半球可见天区的原初引力波搜寻，是我国独具特色的引力波研究项目，如果成功将是下一个引力波领域、宇宙学、高能物理的重大突破。”
“目前在国际引力波探测领域，中国的影响几乎为零，希望借此机会更大推动国内引力波研究的发展。”
（4）500个亿的天空激光测距天琴计划
出自华中理工，后调任中山大学任校长的军界红人罗俊院士主导了卫星测距的天琴计划，此一计划是耗资最为巨大的世纪末工程！！预估总投资类似一座核电厂的代价！
中山大学空间引力波探测工程“天琴计划”启动
2016-02-22 13:29 来 源：中国教育报 作 者：刘盾 黄毅 字体： 大 中 小
“引力波探测是了解宇宙的新窗口与通道，可以了解宇宙过去、现在发生什么。中国应该在引力波探测上有一席之地。”在中山大学今天召开的推进实施“天琴计划”研讨会上，中国科学院院士、中山大学校长罗俊接受记者采访时表示，由该校发起的空间引力波探测工程“天琴计划”已于去年7月正式启动。
“天琴计划”将通过3颗轨道高度约10万公里、以地球为中心运行的卫星对引力波进行探测。“三颗卫星内部都包含一个或两个极其小心悬浮起来的‘检验质量’，高精度的激光干涉测距技术，将被用来记录由引力波引起的、不同卫星上‘检验质量’之间的细微距离变化，从而获得有关引力波的信息。”罗俊说。
“天琴计划”预期执行期为2016年至2035年，分四阶段实施。
第一阶段为2016年至2020年，将完成月球/深空卫星激光测距、空间等效原理检验实验，以及下一代重力卫星实验所需关键技术研发；2021年至2025年为第二阶段，该阶段将完成空间等效原理检验实验和下一代重力卫星实验工程样机，并成功发射下一代重力卫星和空间等效原理实验卫星；2026年至2030年实施的第三阶段将完成空间引力波探测关键技术、卫星载荷工程样机；最后的第四阶段将进行卫星系统整机联调测试、系统组装，发射空间引力波探测卫星。
罗俊介绍，相比于日前第一次直接探测到引力波的美国“激光干涉引力波天文台”，“天琴计划”增加了光学天文望远镜作为辅助手段，对引力波源的存在进行确认。此外，两者探测重点也不同，“激光干涉引力波天文台”是在地面探测高频段引力波，而“天琴计划”则是将在空间中进行测量，探测低频段引力波。低频段的引力波包含的信息更多元更丰富，可能探测到大质量甚至超大质量的黑洞。
“我们为‘天琴计划’已做了20多年的技术储备。”罗俊表示，在技术方面，对引力常数的测量、引力定律检验的研究，我国都处于世界前沿。在空间方面，“天琴计划”在中山大学珠海校区建研究中心，其综合设施的第一期工程包括3万平方米的天琴综合研究大楼、1万平方米的山洞超静实验室等。
（原标题：中山大学拨“天琴”觅宇宙“弦音”）
（5）地面激光干涉仪? (No)
×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××
全国政协委员、中国科学院院士、中国天文学会理事长武向平8日在接受科技日报记者采访时透露，中国引力波探测有望纳入未来国家基础研究发展计划，统一部署的中国引力波探测项目即将启动。
实际上，在美国成功探测到引力波之前，中国相关的引力波探测计划早已启动，比如中科院理论物理所在2008年就发起了“太极计划”；近期陆续启动的引力波相关探测计划还包括中山大学的“天琴计划”、中科院高能物理所的“阿里计划”以及国家天文台的“脉冲星测时引力波探测计划”。
值得注意的是，这些引力波探测计划均是高校和科研院所多年的预研究项目，既缺乏统一的部署和协调，更缺乏稳定持续的资金投入。对比美国在引力波探测方面的LIGO计划和欧洲的LISA计划，政府主管部门开始意识到有必要加强中国未来引力波探测的顶层设计与战略部署。
武向平透露，近期高层将召开中国引力波探测计划可行性研讨会，研究统筹目前国内主要的引力波探测计划的相关科研资源，加强协同与分工，最终制定形成一个稳定支持、目标明确、管理有序的引力波探测国家计划项目。
对于该计划项目的具体内容，武向平表示，根据目前的实际情况，引力波探测项目将有望形成三个研究方向不同的项目，分别探测引力波引起地球周围的“空间项”“时间项”以及宇宙极早期暴涨产生的原初引力波。目标就是要在引力波探测方面由“跟跑”变为“并跑”甚至“领跑”，从而实现基础研究领域在引力波探测方面的又一重大原始性突破。（记者王飞）
引力波探测的中国脚步——专访中科院国家天文台研究员张承民
我要评论
2016年02月14日 16:07:51 来源： 科技日报
评论0
打印
字大
字小
北京时间2月11日,美国加州理工学院、麻省理工学院、LIGO(激光干涉引力波天文台)科学联盟以及美国国家科学基金会联合宣布:引力波终于被探测到了!这一震惊世界的发现将对中国的引力波探测事业产生什么样的影响?
引力波探测的中国脚步
——专访中科院国家天文台研究员张承民
本报记者 刘园园
北京时间2月11日，美国加州理工学院、麻省理工学院、LIGO（激光干涉引力波天文台）科学联盟以及美国国家科学基金会联合宣布：引力波终于被探测到了！这是人类有史以来首次观测到时空的涟漪，它将打开人类探索宇宙的新窗口。这一震惊世界的发现将对中国的引力波探测事业产生什么样的影响？科技日报记者就此对中科院国家天文台研究员张承民进行了专访。
科技日报：中国科学家对引力波的探测是从什么时候起步的？
张承民：中国对引力波的探测研究早在上世纪 80 年代就开始了，这得益于著名科学家、原人大常委会副委员长周培源教授的支持，他曾经在美国普林斯顿大学留学，学习流体力学和广义相对论， 并听过爱因斯坦的课、与其一起讨论相对论。但当时由于条件落后，经济环境不是很好，设备和技术也不是很到位，那时对引力波的探测处于初级阶段，大部分情况下是进行理论的探索、方案的可实施性研究。
当时中科院的高能物理研究所、物理研究所以及中山大学都建立了引力波研究小组，进行了简单的、最原始的棒状天线观测，现在看来这些粗糙的设备距离探测引力波所需的灵敏度还是差得比较远的，但是中国科学家毕竟是进行了引力波研究的起步跟踪。
科技日报：中国科学家有没有想过建造像美国LIGO那样的激光干涉仪来探测引力波？
张承民：2000年前后美国LIGO建立后，中国科学家受到很大鼓舞。当时国家天文台还有其他单位相关学者开始牵头研讨建设中国概念的激光引力波干涉仪。当时中科院的领导给了很大的支持，提供了项目的必要启动经费，国家天文台对这个项目也是比较支持的。我本人荣幸地作为早期引力波探测项目参与者之一，也积极进行这方面的推动工作。
科技日报：现在中国的引力波探测处于什么样的发展状态？
张承民：中国在贵州建设500米口径射电望远镜（FAST）方面，把引力波作为探测目标之一。也就是说，后来引力波这项计划就转变成为FAST的科学目标之一，它未来可以通过监测毫秒脉冲星的空间位置变化，检验引力波的直接证据。
此前在上海建成的65米口径射电望远镜，以及现在正在新疆筹建的110米口径射电望远镜，都提出把脉冲星引力波监测作为其科学目标之一，但是它们的灵敏度和综合性能目前还达不到美国和澳大利亚射电望远镜的探测能力。在用射电望远镜探测引力波方面，美国、欧洲和澳大利亚目前是走在我们前面的。
FAST项目建成之后我们有可能实现追赶并赶超，按照设计要求， FAST的灵敏度和精度会比国际上现有最好的射电望远镜高3到5倍，它未来可能会成为引力波探测与研究的利器。因此，在未来几年，我们可以耐心等待来自中国的发现。
除此之外，中国加入了澳大利亚和南非正在建设的平方公里大型射电望远镜阵列（SKA）计划。SKA完成后将是世界上灵敏度最高的望远镜阵列，未来可能在探测引力波方面也会具有很高的权威性和说服力。
科技日报：在探测引力波方面，我们的路径似乎和美国有所不同。
张承民：中国没有像美国一样建设一个激光干涉仪直接探测引力波设备，而是投入到射电望远镜当中，找到了射电天文学与引力波监测的结合点，因为这跟我们国家目前的科技人员队伍的知识结构比较匹配吻合。可以说中国的引力波探测研究一直在进行当中，只是选择的策略和科技发达国家不太一样。我们国家当时遵循了“有所为、有所不为”的科技策略，是符合国情的判断。
但是这并不排除我们以后可能会建设小型的引力波激光干涉仪装置。现在我们的科技能力和科技队伍都有了一定的发展，再加上这次美国在引力波直接探测方面取得了重要成果，意味着原理上讲这种设备是可行的，所以中国未来也可能会考虑适当的引力波探测策略。
科技日报：美国科学家探测到引力波的消息震动全球科学界，您认为它对中国涉及引力波探测的项目例如FAST和“天琴计划”会有何影响？
张承民：美国科学家这次重大发现对中国在引力波的研究、探测以及相关科技设备研制、建设方面，可能会有比较好的推动作用。这个消息对FAST是极大的激励，因为未来我们在探测引力波时，可以朝LIGO所探测的波源方向靠拢，这样在探测上会有互相佐证的机会。“天琴计划”是中山大学发起的空间引力波探测计划，本次引力波发现事件对“天琴计划”也有很大的激励作用，至少从原理上确认了引力波存在的直接证据，这也说明“天琴计划”从科学原理上是可行的。美国科学家在获得引力波直接证据上取得了前所未有的科技结果，这对“天琴计划”在进行设备和方法论证时会起到一定的参考作用。对我国的引力波探测计划，我持积极乐观的看法。（科技日报北京2月13日电）
×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××
（1）脉冲星探测
国家天文台利用脉冲星和射电望远镜基阵贵州FAST阵来验证某些频段的引力波
脉冲星网络有望探测低频引力波
最近激光干涉仪引力波天文台（LIGO）探测到的引力波信号来自两个质量各相当于太阳30倍左右的黑洞并合为一的过程。引力波覆盖了很宽的频率，需要不同的技术来进行探测。北美纳赫兹引力波天文台（NANOGrav）一项新近的研究说明，使用现有射电望远镜，我们可能很快就会探测到低频引力波。
引力波是时空（图中以绿色网格表示）中的涟漪，它是由加速运动的物体（如相互作用的特大质量黑洞）产生的。引力波可以影响脉冲星的射电信号抵达地球所花费的时间。（图片提供：David Champion）
本周发表在《天体物理学报通信》杂志上的一篇论文的第一作者、来自加州帕萨迪那（Pasadena）NASA喷气推进实验室的博士后史蒂芬·泰勒（Stephen Taylor）说：“如果我们可以对遍布全天且数量足够多的脉冲星进行监测，探测到这种信号是可行的。如果能在所有脉冲星中看到同样模式的偏离，就可以发现决定性的证据了。”泰勒与JPL和帕萨迪那加州理工学院的同事一直在研究使用脉冲星探测低频引力波信号的最佳方法。脉冲星是高度磁化的中子星，也就是大质量恒星作为超新星爆发后留下的高速自转核心。
爱因斯坦的广义相对论预言，加速运动的大质量物体会发出引力波（时空涟漪）。相互绕转的特大质量双黑洞会发出纳赫兹频率的引力波辐射，这样的黑洞质量都要比LIGO探测到的信号来源大数百万到10亿倍。这些黑洞都来自单独的星系中心，随后星系发生了并合。黑洞会缓慢靠近彼此，最终并合形成一个超大的黑洞。
当两个黑洞环绕彼此运行时，它们会拖曳着时空本体，并形成向外朝各个方向运动的微弱信号，这就好像是蜘蛛网中的振动一样。当这样的振动通过地球时，它会略略推挤我们的行星，导致地球相对遥远的脉冲星出现漂移。特大质量双黑洞形成的引力波要通过地球需要花费数月到数年，为了探测它们需要进行多年的观测。
泰勒的一名合作者、同样来自JPL的约瑟夫·拉齐奥（Joseph Lazio）说：“星系并合是常见事件，我们认为，宇宙中存在大量拥有特大质量双黑洞的星系，我们应该能够探测到它们。脉冲星让我们可以在两个黑洞螺旋靠近彼此的时候看到这些大质量天体。”
当这些庞大的黑洞距离彼此非常近的时候，引力波波长就变得过短，无法再使用脉冲星进行探测了。eLISA是欧洲空间局正在与NASA合作开发的一项计划，这样的空间激光干涉仪工作频率是可以探测到特大质量黑洞并合发出的信号的。LISA探路者卫星使用了JPL负责管理的稳定推进器系统，当前它正在为未来的eLISA计划测试必需的技术。
对于天文学家来说，发现特大质量双黑洞的迹象是一个挑战。星系的核心拥有众多恒星，甚至庞大的黑洞（大小与太阳系相当）也相形见绌。天文学家要在周边星系的辉光中观测双黑洞的迹象是很困难的。
射电天文学家转而去搜索这些双黑洞发出的引力波信号。2007年，NANOGrav开始观测一系列自转最快的脉冲星，并尝试探测引力波导致的微小漂移。
脉冲星会发出射电辐射束，一些辐射束在星体的每个自转周期内都会扫过地球一次。天文学家探测这种快速的射电辐射脉冲。大多数脉冲星每秒都会自转若干周，但有些毫秒脉冲星的转速要快上数百倍。
来自摩根镇（Morgantown）西弗吉尼亚大学的射电天文学家兼NANOGrav小组成员毛拉·麦克劳林（Maura McLaughlin）说：“毫秒脉冲星信号的抵达时间可以极其准确地预计出来，而我们的仪器可以以每秒1000万分之一的精度测量抵达时间。”
但是来自JPL与加州理工学院的天体物理学家提醒说，要探测微弱的引力波信号，我们可能需要很多脉冲星。来自JPL/加州理工学院研究小组的另一名成员米切尔·瓦利斯内里（Michele Vallisneri）说：“我们就好像是蛛网中心的蜘蛛。我们脉冲星网络上的脉络越多，就约有可能感知到路过的引力波。”
瓦利斯内里称，完成这样的壮举需要国际合作：“NANOGrav当前正在监测54颗脉冲星，不过我们只能看到很少几颗位于南天的脉冲星。我们需要与欧洲和澳大利亚的同行密切合作，来获取此类搜索所需的全天覆盖。”
一个澳大利亚脉冲星研究小组最近报告呈，在分析一组有着最高精度定时测量的脉冲星信号时，他们并未探测到这类信号，因此这一方法的可行性最近得到了置疑。在研究了他们的结果之后，NANOGrav小组确定，报告称的无探测并不是意外，其原因是乐观派的引力波模型以及对过少的脉冲星进行分析的结果。这篇一页的回应最近在arXiv电子预印本网站公布。
虽然存在技术上的挑战，但泰勒很自信地认为，他们的小组走的是正轨。泰勒说：“引力波随时都会扫过地球。考虑NANOGrav与其他国际小组正在监测的脉冲星数量，我们期待着在接下来的10年里能够获得低频引力波清晰而信服的证据。”
NANOGrav是由美国和加拿大超过60名科学家以及超过12家研究机构组成的合作组。小组使用西弗吉尼亚州的NRAO绿堤望远镜以及波多黎各的阿雷西博射电天文台获取的射电脉冲星定时观测来搜索时空本体中的涟漪。2015年，NANOGrav获得了美国国家科学基金会提供的1450万美元经费，来创建并运营一家物理前沿中心。
美国国家科学基金会引力波研究的项目负责人佩德罗·马罗内蒂（Pedro Marronetti）说：“LIGO最近探测到了引力波，而NANOGrav合作组非凡的工作显得尤其要紧且适时。这家由NSF赞助的物理前沿中心意在补足LIGO的观测，将引力波探测的窗口拓展到极低的频段。”
更多信息请访问：http://nanograv.org/。
（2）原初计划
王义芳的西藏引力波观测站！！！
在世界屋脊聆听“宇宙初啼”
阿里计划展露我国原初引力波探测雄心
■本报记者 王佳雯
在激光干涉引力波天文台（LIGO）宣布探测到引力波之后，国内相关研究也陆续走入人们的视线。从最初的“阿里计划”和“天琴计划”，到最近的“太极计划”，无不显示着我国在引力波探测领域的壮志雄心。
事实上，上述三大计划差别迥异。从探测方式来看，太极计划和天琴计划为空中探测，且探测目标不同。而阿里原初引力波探测项目则是地面观测，其目标是寻找宇宙初啼的证据——原初引力波。
原初引力波意义非凡
2月19日上午，中科院高能物理所研究员张新民与阿里计划得力干将美国麻省理工学院物理系研究员苏萌、中科院高能物理所副研究员李虹，在该所作了一场“LIGO引力波探测和阿里计划”专题研讨会。
研讨会在向听众传递关于引力波科学信息的同时，也展示了中国研究人员在该领域多年的研究成果及寻找原初引力波的雄心，吸引了众多科学家、物理和天文领域的学者、学生和科学爱好者参与。
张新民介绍，科学界根据起源对引力波进行了简单划分，其中在宇宙诞生时产生的引力波被视作原初引力波。
“原初引力波的波长与宇宙尺度相当，比此次LIGO探测到的引力波频率低很多。”苏萌解释道，“而且二者的起源也有很大差别，原初引力波对应宇宙学起源。而LIGO探测到的双黑洞并合引力波则起源于天体物理运动。”
在探测到引力波之后，寻找原初引力波，便被科学家视作下一个重要科学目标。
“发现原初引力波将是对早期宇宙理论的检验。”苏萌告诉《中国科学报》记者，宇宙早期是否存在暴涨过程都可以从原初引力波中寻找到答案，“发现原初引力波对基础物理和宇宙学，都会是很重要的突破”。
寻找宇宙背景光子
当代宇宙学普遍认为，宇宙早期经历过大爆炸过程，早期的宇宙可以被看作一团炙热的气体，宇宙各个组分处于热平衡状态，光子和电子频繁发生散射。随着宇宙膨胀，温度变低，光子在经历最后一次散射后脱离热平衡状态，在宇宙空间中自由传播，形成了所谓的宇宙背景光子（CMB）。
CMB携带着丰富的宇宙学信息，成为科学家认识宇宙的重要手段，CMB极化是下一代相关实验的研究重点，而测量CMB的B模式极化是科学家探测原初引力波的重要手段。
苏萌表示，CMB产生于宇宙诞生后38万年左右，已经过近137亿年的传播。“虽然中间经历了各种各样的天体物理演化过程，但我们依然有办法区分什么是后期宇宙演化产生的效应，什么是宇宙早期产生的信号。”
自1965年第一次捕捉到CMB光子之后，各国科学家已通过COBE、WMAP和PLANCK等空间卫星以及地面CMB望远镜进行了大量测量。地面望远镜成为下一代CMB实验发展的主要方向，由于北半球长期缺乏合适的台址，当前的CMB地面观测都集中在南半球，如美国南极科考站和智利天文台，只能看到50%的天区。因而在北半球天区寻找观测点，形成地面观测的全天覆盖变得十分重要。
静待研究成果
由于是微波波段的观测，CMB的地面探测对地面大气环境要求苛刻，大气中的水汽含量是一个重要的关注点。一方面空气中的水分子会吸收CMB光子，另一方面水汽也会在微波波段产生辐射，对信号形成干扰。“相当于信号变弱，而背景又增强了。”苏萌说。
所以，寻找具有合适大气透射率的观测点变得至关重要。根据PLANCK卫星的观测，全球只有4个地方适合进行CMB探测：位于南半球的阿塔卡马沙漠、南极，以及位于北半球的格陵兰岛和我国西藏阿里。
据悉，在国家天文台漫长的选址过程中，西藏阿里地区因独特的地理环境而胜出。如今，经过多年的建设和发展，阿里观测站为CMB探测提供了完备的基础条件。国家天文台副台长薛随建表示，CMB探测也是中国科学家的重要机遇。因为，地处海拔五六千米的CMB观测站，将打开北半球相关观测的局面，也为其成为相关领域重要的国际实验室提供了可能。
“阿里是CMB探测最好的地方。这样南半球有南极科考站，北半球有阿里。美国观测一半天区，我们观测一半天区，合起来便形成了全天区观测。”张新民说。
张新民告诉记者，阿里计划周期较短，预计5年将交出成果。不过，他也解释说：“从科学角度来说，5年出成果并不是说5年内就一定能看到原初引力波，而是说5年出一个研究结果，这个研究结果也可能是未来探测的一条线索。”
《中国科学报》 (2016-02-23 第4版 综合)
相关专题：人类首次探测到引力波
（3）天空激光测距太极计划
中国科学院今天（16日）公布我国空间引力波探测计划。 在我国，空间引力波探测已被列入中国科学院制订的空间2050年规划。
据中国经济网2月16日报道，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，开始规划我国空间引力波探测在未来数十年内的发展路线图。经过几年的努力，目前已形成了一支以中国科学院科研人员为主，胡文瑞院士、吴岳良院士为首席科学家的空间太极（Taiji）计划工作组。在科学院先导科技专项空间科学预先研究项目连续三期的资助下，工作组组织了各种学术交流活动和研讨会包括香山会议等，在引力波源的理论及探测研究和卫星技术研究上取得了诸多进展。
空间引力波探测和研究需要许多先进技术。在空间激光干涉仪方面需要稳频和锁相的大功率激光器和激光干涉系统；需要用无拖曵技术控制的高精度光学平台；需要测量超低重力水平的惯性传感器；需要控制各种噪声以分辨出引力波引起的微小距离（10-12米）的变化；以及需要与实验设备一体化的卫星研制。这些正是引力波国际探测计划要研究解决的关键技术。我国目前的技术能力与国际先进水平还有一定的差距，这种差距可以通过良好的国际合作得到一定的弥补。目前太极计划工作组与国际同行已建立了广泛的联系，与德国马普学会引力物理研究所和莱布尼茨大学爱因斯坦研究所确立了深度合作关系。太极计划工作组每年安排人员参加LISA合作组年会，与德国马普学会引力物理研究所每年轮流举办合作交流会议，对研究中所遇到的问题进行磋商和交流。
空间引力波太极计划涉及学科领域和前端技术广泛，包括物理学、天文学、宇宙学、天体物理、空间科学、光学，以及精密测量、航天技术、导航与制导、飞行器与轨道设计等，需要发展空间超远距离超高精度激光测量、超高灵敏度惯性传感器，以及超高精度卫星无拖曳控制等下一代高端空间技术，这些技术对于提升我国空间科学和深空探测的技术水平具有重要意义，对惯性导航、地球科学、高精度卫星平台建设等应用领域也将发挥积极的作用。
太极计划是一个中欧合作的国际合作计划，它有两个方案。方案I是参加欧洲空间局的eLISA双边合作计划，今年秋天将召开第三次双方科学家会议，完成双边合作的可行性报告，然后各自向主管部门呈报，由双方主管部门审批后执行。国际上很希望能有二组空间引力波探测系统同时进行空间探测，彼此验证，方案II就是发射一组中国的引力波探测卫星组，与2035年左右发射的eLISA卫星组同时邀游太空，进行低频引力波探测。方案II拟于2033年前后发射，实现我国大型先进科学卫星计划的突破。届时，中国卫星组与eLISA卫星组同时在空间独立进行引力波探测，互相补充和检验测量结果，我国将成为国际上空间引力波研究最重要基地之一。以基础科学研究为牵引，我国在空间科学研究、高端空间技术和科学卫星的整体水平上将会有一个质的飞跃。
2月16日上午，中国科学院在力学研究所举行空间引力波探测与研究媒体见面会。会议由中科院科学传播局周德进局长主持，其间公布了由中科院支持的“空间太极计划”。计划主要成员中科院力学所胡文瑞院士和国科大吴岳良院士分别就引力波探测与太极计划作了介绍，并就中国引力波物理及量子宇宙物理研究发展前景做了讨论。国科大乔从丰教授介绍道，太极就是宇宙起源，双星和双黑洞的融合也有太极之象，以此为名很有寓意。
下面知社为您介绍究竟何为太极，并附加州理工学院教授、LIGO科学联盟核心成员、理论物理学家陈雁北博士访谈。
中国科学院推出引力波探测“空间太极计划”
一百年前，爱因斯坦在创立了广义相对论后不久就提出了引力波存在预言。百年来，世界各国的科学家为寻找和发现引力波付出了巨大的努力，建造了多种实验装置。1974年，Hulse和 Taylor发现了脉冲双星PSR B1913+16,并在后续观测中间接找到了引力波存在的证据，于1993年获得诺贝尔物理学奖。2016年2月11日LIGO（激光干涉引力波观测站）实验组宣布直接观测到引力波信号。这一划时代的发现不仅是对爱因斯坦广义相对论一次意义非凡的直接验证，也为人类进一步探索宇宙的起源、形成和演化提供了一个全新的观测手段，包括探测宇宙大爆炸时期的引力波，为深入研究超越爱因斯坦广义相对论的量子引力理论提供了实验基础，开启了引力波物理和天文学以及量子宇宙物理研究的新纪元。
宇宙中引力波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。引力波谱的分析表明，地面观测的高频(>10Hz) 引力波主要对应于致密双星的引力辐射。上世纪60年代，人们开始在地面用共振天线探测引力波，但是由于灵敏度不够而未获得肯定的结果。90年代以来，人们开始用激光干涉方法在地面测量引力波，臂长分别达到4公里(美国的LIGO)，3公里(意、法合作的VIRGO)，600米(德、英合作的GEO)，和300米(日本的TAMA300)，其技术水平比共振天线法的探测灵敏度提高了四个数量级，使得LIGO实验组最终能够直接观测到引力波的信号。
中国科学院推出引力波探测“空间太极计划”
胡文瑞院士 (左)，吴岳良院士 (中)，周德进局长 (右)
近些年X射线的天文观测提供了星团等稠密动力学环境中中等质量黑洞存在的证据，而在宇宙学星系成长的等级过程中，中等质量黑洞作为超大质量黑洞早期种子来源的存在，也已在理论上被人们普遍接受。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10Hz的引力波，使其研究目标变得较为有限。为此，多国科学家都在加紧开展空间引力波探测的研究计划。1993年欧洲空间局(ESA)首先提出激光干涉空间天线(LISA)计划，在10-4-10-2Hz波段进行空间引力波测量。1997年美国空间局(NASA)加入，成为欧、美联合计划。LISA计划的引力波源是双星系、超大质量双黑洞和大质量比双黑洞的并合、普通星系核中大质量黑洞捕获恒星质量黑洞、超致密双星、以及大质量天体的爆炸等。2015年底已发射了LISA的关键技术验证卫星LISA-Pathfinder，计划于2025年左右发射(可能延至2030年或以后)由三颗各相距500万公里，装有空间激光干涉仪的卫星组进行空间引力波探测。最近，美国提出的后“爱因斯坦计划”包括两颗星，其中一颗是“大爆炸观测者”，着重于探测地面和LISA之间的中频(1x10-2-100 Hz)引力波。日本也提出了在相似频段观测引力波的DECIGO计划。中频波段的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。空间激光干涉法测量中、低频引力波将是天文学和空间宇宙物理最前沿的课题。
在我国，空间引力波探测已被列入中国科学院制订的空间2050年规划。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，开始规划我国空间引力波探测在未来数十年内的发展路线图。经过几年的努力，目前已形成了一支以中国科学院科研人员为主，胡文瑞院士、吴岳良院士为首席科学家的空间太极（Taiji）计划工作组。在科学院先导科技专项空间科学预先研究项目连续三期的资助下，工作组组织了各种学术交流活动和研讨会包括香山会议等，在引力波源的理论及探测研究和卫星技术研究上取得了诸多进展。
中国科学院推出引力波探测“空间太极计划”
经引力波探测和研究工作组多次商议和论证，按太极计划我国在2030年前后将发射由位于等边三角形顶端三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（1x10-4-1.0Hz）引力波的直接探测。卫星采用无拖曵技术，星组中卫星间距300万公里，激光功率约2瓦，望远镜口径约0.5米，加速度噪音为 3 x 10-15ms-2/√Hz。这一组技术指标总体上优于LISA的要求，而频率范围复盖了LISA的低频(10-4–10-1Hz)和DECIGO的中频(10-2–1 Hz)。太极计划的主要科学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，以及其它的宇宙引力波辐射过程。
空间引力波探测和研究需要许多先进技术。在空间激光干涉仪方面需要稳频和锁相的大功率激光器和激光干涉系统；需要用无拖曵技术控制的高精度光学平台；需要测量超低重力水平的惯性传感器；需要控制各种噪声以分辨出引力波引起的微小距离(10-12米)的变化；以及需要与实验设备一体化的卫星研制。这些正是引力波国际探测计划要研究解决的关键技术。我国目前的技术能力与国际先进水平还有一定的差距，这种差距可以通过良好的国际合作得到一定的弥补。目前太极计划工作组与国际同行已建立了广泛的联系，与德国马普学会引力物理研究所和莱布尼茨大学爱因斯坦研究所确立了深度合作关系。太极计划工作组每年安排人员参加LISA合作组年会，与德国马普学会引力物理研究所每年轮流举办合作交流会议，对研究中所遇到的问题进行磋商和交流。
空间引力波太极计划涉及学科领域和前端技术广泛，包括物理学、天文学、宇宙学、天体物理、空间科学、光学，以及精密测量、航天技术、导航与制导、飞行器与轨道设计等，需要发展空间超远距离超高精度激光测量、超高灵敏度惯性传感器，以及超高精度卫星无拖曳控制等下一代高端空间技术，这些技术对于提升我国空间科学和深空探测的技术水平具有重要意义，对惯性导航、地球科学、高精度卫星平台建设等应用领域也将发挥积极的作用。
太极计划是一个中欧合作的国际合作计划，它有两个方案。方案I是参加欧洲空间局的eLISA双边合作计划，今年秋天将召开第三次双方科学家会议，完成双边合作的可行性报告，然后各自向主管部门呈报，由双方主管部门审批后执行。国际上很希望能有二组空间引力波探测系统同时进行空间探测，彼此验证，方案II就是发射一组中国的引力波探测卫星组，与2035年左右发射的eLISA卫星组同时邀游太空，进行低频引力波探测。方案II拟于2033年前后发射，实现我国大型先进科学卫星计划的突破。届时，中国卫星组与eLISA卫星组同时在空间独立进行引力波探测，互相补充和检验测量结果，我国将成为国际上空间引力波研究最重要基地之一。以基础科学研究为牵引，我国在空间科学研究、高端空间技术和科学卫星的整体水平上将会有一个质的飞跃。
在媒体见面会后，知社学术圈第一时间连线美国加州理工学院，请LIGO团队核心成员、理论物理学家陈雁北博士发表感言。陈教授向记者介绍道：
中国进行空间引力波探测，有四个方面的意义。其主要的功用，不是催生诺贝尔奖，而是促进空间技术的发展，进而推动整个技术产业链，带动精密测量、激光、自动控制、高速计算等技术领域和产业的发展。其次，空间技术的提高，也会对地质、水文、矿产、气候变化等地球科学领域产生重大影响。此外，计划的实施，会培养一大批相关领域的专业技术人才和领军人物，从而推动整个国家科学和技术的进步。
最终，我们探索宇宙，来自人性对知识的渴求和未知的好奇。中华民族从远古开始，就对天文学有研究，在甲骨文中就有对宇宙的记载。科技的发展，一方面是为了人民生活品质的提高，另一方面也是为了推动精神文化的进步。这些年国家经济发展了，有这么强大实力，可以追求一些大的科学梦想。
新华社记者吴晶晶 白国龙
美国科学家近日宣布成功探测到引力波，证实了爱因斯坦引力理论的最后一项预言，震动世界。中国也正在积极布局引力波探测和研究，中国科学院１６日公布了空间引力波研究与探测的“空间太极计划”。
按照这一计划，中国将在２０３０年前后将发射三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。主要科学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。
据介绍，空间引力波探测被列入了中科院制订的空间２０５０年规划。２００８年由中科院发起，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。经过几年的努力，目前已形成中科院院士胡文瑞、吴岳良为首席科学家的“空间太极计划”工作组，在引力波源的理论及探测研究和卫星技术研究上取得了诸多进展。
胡文瑞院士介绍，“空间太极计划”是一个中欧合作的国际合作计划，目前有两个方案。方案Ｉ是参加欧洲空间局的ｅＬＩＳＡ双边合作计划，今年秋天将召开第三次双方科学家会议，完成双边合作的可行性报告。方案ＩＩ是２０３３年前后发射一组中国的引力波探测卫星组，与２０３５年左右发射的ｅＬＩＳＡ卫星组同时邀游太空。届时，中国卫星组与ｅＬＩＳＡ卫星组同时在空间独立进行引力波探测，互相补充和检验测量结果。
“空间太极计划”涉及学科领域和前端技术广泛，需要发展空间超远距离超高精度激光测量、超高灵敏度惯性传感器，以及超高精度卫星无拖曳控制等下一代高端空间技术，这些技术对于提升中国空间科学和深空探测的技术水平具有重要意义，对惯性导航、地球科学、高精度卫星平台建设等应用领域也将发挥积极的作用。
“我国目前的技术能力与国际先进水平还有一定的差距，这种差距可以通过良好的国际合作得到一定弥补。”胡文瑞说，目前太极计划工作组与国际同行已建立了广泛的联系，与德国马普学会引力物理研究所和莱布尼茨大学爱因斯坦研究所确立了深度合作关系。
一百年前，爱因斯坦在创立了广义相对论后不久就提出了引力波存在预言。百年来，世界各国科学家为寻找引力波付出了巨大努力，建造了多种实验装置。今年２月１１日，美国“激光干涉引力波天文台”（ＬＩＧＯ）宣布第一次直接探测到引力波，为人类开启了宇宙观测的全新窗口。
“针对不同频率的引力波信号源，需要不同的引力波接收器，ＬＩＧＯ实验在它的工作频段证实引力波的存在，也就是说，引力波在其他广泛的频段都应该存在，如果在对应这些引力波频段的探测上建造领先的实验装置，就会在未来的引力波科学大发现上占据先机。”美国麻省理工学院物理系研究员苏萌说。
ＬＩＧＯ的发现让中国科学家对中国引力波研究充满期待。除了中科院提出的“空间太极计划”，中国引力波探测计划还包括中山大学领衔的“天琴计划”和中科院高能物理研究所主导的“阿里实验计划”。“天琴计划”的目标是去太空捕捉引力波；“阿里实验计划”的目标则是在地面探测宇宙大爆炸初期的原初引力波。
“ＬＩＧＯ的发现证明了引力波的存在，我们可以满怀信心地去寻找不同波段的引力波，就像不同波段的电磁波谱一样。”苏萌说，“比如阿里实验计划将实现首次对北半球可见天区的原初引力波搜寻，是我国独具特色的引力波研究项目，如果成功将是下一个引力波领域、宇宙学、高能物理的重大突破。”
“目前在国际引力波探测领域，中国的影响几乎为零，希望借此机会更大推动国内引力波研究的发展。”
（4）500个亿的天空激光测距天琴计划
出自华中理工，后调任中山大学任校长的军界红人罗俊院士主导了卫星测距的天琴计划，此一计划是耗资最为巨大的世纪末工程！！预估总投资类似一座核电厂的代价！
中山大学空间引力波探测工程“天琴计划”启动
2016-02-22 13:29 来 源：中国教育报 作 者：刘盾 黄毅 字体： 大 中 小
“引力波探测是了解宇宙的新窗口与通道，可以了解宇宙过去、现在发生什么。中国应该在引力波探测上有一席之地。”在中山大学今天召开的推进实施“天琴计划”研讨会上，中国科学院院士、中山大学校长罗俊接受记者采访时表示，由该校发起的空间引力波探测工程“天琴计划”已于去年7月正式启动。
“天琴计划”将通过3颗轨道高度约10万公里、以地球为中心运行的卫星对引力波进行探测。“三颗卫星内部都包含一个或两个极其小心悬浮起来的‘检验质量’，高精度的激光干涉测距技术，将被用来记录由引力波引起的、不同卫星上‘检验质量’之间的细微距离变化，从而获得有关引力波的信息。”罗俊说。
“天琴计划”预期执行期为2016年至2035年，分四阶段实施。
第一阶段为2016年至2020年，将完成月球/深空卫星激光测距、空间等效原理检验实验，以及下一代重力卫星实验所需关键技术研发；2021年至2025年为第二阶段，该阶段将完成空间等效原理检验实验和下一代重力卫星实验工程样机，并成功发射下一代重力卫星和空间等效原理实验卫星；2026年至2030年实施的第三阶段将完成空间引力波探测关键技术、卫星载荷工程样机；最后的第四阶段将进行卫星系统整机联调测试、系统组装，发射空间引力波探测卫星。
罗俊介绍，相比于日前第一次直接探测到引力波的美国“激光干涉引力波天文台”，“天琴计划”增加了光学天文望远镜作为辅助手段，对引力波源的存在进行确认。此外，两者探测重点也不同，“激光干涉引力波天文台”是在地面探测高频段引力波，而“天琴计划”则是将在空间中进行测量，探测低频段引力波。低频段的引力波包含的信息更多元更丰富，可能探测到大质量甚至超大质量的黑洞。
“我们为‘天琴计划’已做了20多年的技术储备。”罗俊表示，在技术方面，对引力常数的测量、引力定律检验的研究，我国都处于世界前沿。在空间方面，“天琴计划”在中山大学珠海校区建研究中心，其综合设施的第一期工程包括3万平方米的天琴综合研究大楼、1万平方米的山洞超静实验室等。
（原标题：中山大学拨“天琴”觅宇宙“弦音”）
（5）地面激光干涉仪? (No)
×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××
全国政协委员、中国科学院院士、中国天文学会理事长武向平8日在接受科技日报记者采访时透露，中国引力波探测有望纳入未来国家基础研究发展计划，统一部署的中国引力波探测项目即将启动。
实际上，在美国成功探测到引力波之前，中国相关的引力波探测计划早已启动，比如中科院理论物理所在2008年就发起了“太极计划”；近期陆续启动的引力波相关探测计划还包括中山大学的“天琴计划”、中科院高能物理所的“阿里计划”以及国家天文台的“脉冲星测时引力波探测计划”。
值得注意的是，这些引力波探测计划均是高校和科研院所多年的预研究项目，既缺乏统一的部署和协调，更缺乏稳定持续的资金投入。对比美国在引力波探测方面的LIGO计划和欧洲的LISA计划，政府主管部门开始意识到有必要加强中国未来引力波探测的顶层设计与战略部署。
武向平透露，近期高层将召开中国引力波探测计划可行性研讨会，研究统筹目前国内主要的引力波探测计划的相关科研资源，加强协同与分工，最终制定形成一个稳定支持、目标明确、管理有序的引力波探测国家计划项目。
对于该计划项目的具体内容，武向平表示，根据目前的实际情况，引力波探测项目将有望形成三个研究方向不同的项目，分别探测引力波引起地球周围的“空间项”“时间项”以及宇宙极早期暴涨产生的原初引力波。目标就是要在引力波探测方面由“跟跑”变为“并跑”甚至“领跑”，从而实现基础研究领域在引力波探测方面的又一重大原始性突破。（记者王飞）
引力波探测的中国脚步——专访中科院国家天文台研究员张承民
我要评论
2016年02月14日 16:07:51 来源： 科技日报
评论0
打印
字大
字小
北京时间2月11日,美国加州理工学院、麻省理工学院、LIGO(激光干涉引力波天文台)科学联盟以及美国国家科学基金会联合宣布:引力波终于被探测到了!这一震惊世界的发现将对中国的引力波探测事业产生什么样的影响?
引力波探测的中国脚步
——专访中科院国家天文台研究员张承民
本报记者 刘园园
北京时间2月11日，美国加州理工学院、麻省理工学院、LIGO（激光干涉引力波天文台）科学联盟以及美国国家科学基金会联合宣布：引力波终于被探测到了！这是人类有史以来首次观测到时空的涟漪，它将打开人类探索宇宙的新窗口。这一震惊世界的发现将对中国的引力波探测事业产生什么样的影响？科技日报记者就此对中科院国家天文台研究员张承民进行了专访。
科技日报：中国科学家对引力波的探测是从什么时候起步的？
张承民：中国对引力波的探测研究早在上世纪 80 年代就开始了，这得益于著名科学家、原人大常委会副委员长周培源教授的支持，他曾经在美国普林斯顿大学留学，学习流体力学和广义相对论， 并听过爱因斯坦的课、与其一起讨论相对论。但当时由于条件落后，经济环境不是很好，设备和技术也不是很到位，那时对引力波的探测处于初级阶段，大部分情况下是进行理论的探索、方案的可实施性研究。
当时中科院的高能物理研究所、物理研究所以及中山大学都建立了引力波研究小组，进行了简单的、最原始的棒状天线观测，现在看来这些粗糙的设备距离探测引力波所需的灵敏度还是差得比较远的，但是中国科学家毕竟是进行了引力波研究的起步跟踪。
科技日报：中国科学家有没有想过建造像美国LIGO那样的激光干涉仪来探测引力波？
张承民：2000年前后美国LIGO建立后，中国科学家受到很大鼓舞。当时国家天文台还有其他单位相关学者开始牵头研讨建设中国概念的激光引力波干涉仪。当时中科院的领导给了很大的支持，提供了项目的必要启动经费，国家天文台对这个项目也是比较支持的。我本人荣幸地作为早期引力波探测项目参与者之一，也积极进行这方面的推动工作。
科技日报：现在中国的引力波探测处于什么样的发展状态？
张承民：中国在贵州建设500米口径射电望远镜（FAST）方面，把引力波作为探测目标之一。也就是说，后来引力波这项计划就转变成为FAST的科学目标之一，它未来可以通过监测毫秒脉冲星的空间位置变化，检验引力波的直接证据。
此前在上海建成的65米口径射电望远镜，以及现在正在新疆筹建的110米口径射电望远镜，都提出把脉冲星引力波监测作为其科学目标之一，但是它们的灵敏度和综合性能目前还达不到美国和澳大利亚射电望远镜的探测能力。在用射电望远镜探测引力波方面，美国、欧洲和澳大利亚目前是走在我们前面的。
FAST项目建成之后我们有可能实现追赶并赶超，按照设计要求， FAST的灵敏度和精度会比国际上现有最好的射电望远镜高3到5倍，它未来可能会成为引力波探测与研究的利器。因此，在未来几年，我们可以耐心等待来自中国的发现。
除此之外，中国加入了澳大利亚和南非正在建设的平方公里大型射电望远镜阵列（SKA）计划。SKA完成后将是世界上灵敏度最高的望远镜阵列，未来可能在探测引力波方面也会具有很高的权威性和说服力。
科技日报：在探测引力波方面，我们的路径似乎和美国有所不同。
张承民：中国没有像美国一样建设一个激光干涉仪直接探测引力波设备，而是投入到射电望远镜当中，找到了射电天文学与引力波监测的结合点，因为这跟我们国家目前的科技人员队伍的知识结构比较匹配吻合。可以说中国的引力波探测研究一直在进行当中，只是选择的策略和科技发达国家不太一样。我们国家当时遵循了“有所为、有所不为”的科技策略，是符合国情的判断。
但是这并不排除我们以后可能会建设小型的引力波激光干涉仪装置。现在我们的科技能力和科技队伍都有了一定的发展，再加上这次美国在引力波直接探测方面取得了重要成果，意味着原理上讲这种设备是可行的，所以中国未来也可能会考虑适当的引力波探测策略。
科技日报：美国科学家探测到引力波的消息震动全球科学界，您认为它对中国涉及引力波探测的项目例如FAST和“天琴计划”会有何影响？
张承民：美国科学家这次重大发现对中国在引力波的研究、探测以及相关科技设备研制、建设方面，可能会有比较好的推动作用。这个消息对FAST是极大的激励，因为未来我们在探测引力波时，可以朝LIGO所探测的波源方向靠拢，这样在探测上会有互相佐证的机会。“天琴计划”是中山大学发起的空间引力波探测计划，本次引力波发现事件对“天琴计划”也有很大的激励作用，至少从原理上确认了引力波存在的直接证据，这也说明“天琴计划”从科学原理上是可行的。美国科学家在获得引力波直接证据上取得了前所未有的科技结果，这对“天琴计划”在进行设备和方法论证时会起到一定的参考作用。对我国的引力波探测计划，我持积极乐观的看法。（科技日报北京2月13日电）
四天王争雄，中国的四大引力波探测计划摩拳擦掌，跃跃欲试！
×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××
（1）脉冲星探测
国家天文台利用脉冲星和射电望远镜基阵贵州FAST阵来验证某些频段的引力波
脉冲星网络有望探测低频引力波
最近激光干涉仪引力波天文台（LIGO）探测到的引力波信号来自两个质量各相当于太阳30倍左右的黑洞并合为一的过程。引力波覆盖了很宽的频率，需要不同的技术来进行探测。北美纳赫兹引力波天文台（NANOGrav）一项新近的研究说明，使用现有射电望远镜，我们可能很快就会探测到低频引力波。
引力波是时空（图中以绿色网格表示）中的涟漪，它是由加速运动的物体（如相互作用的特大质量黑洞）产生的。引力波可以影响脉冲星的射电信号抵达地球所花费的时间。（图片提供：David Champion）
本周发表在《天体物理学报通信》杂志上的一篇论文的第一作者、来自加州帕萨迪那（Pasadena）NASA喷气推进实验室的博士后史蒂芬·泰勒（Stephen Taylor）说：“如果我们可以对遍布全天且数量足够多的脉冲星进行监测，探测到这种信号是可行的。如果能在所有脉冲星中看到同样模式的偏离，就可以发现决定性的证据了。”泰勒与JPL和帕萨迪那加州理工学院的同事一直在研究使用脉冲星探测低频引力波信号的最佳方法。脉冲星是高度磁化的中子星，也就是大质量恒星作为超新星爆发后留下的高速自转核心。
爱因斯坦的广义相对论预言，加速运动的大质量物体会发出引力波（时空涟漪）。相互绕转的特大质量双黑洞会发出纳赫兹频率的引力波辐射，这样的黑洞质量都要比LIGO探测到的信号来源大数百万到10亿倍。这些黑洞都来自单独的星系中心，随后星系发生了并合。黑洞会缓慢靠近彼此，最终并合形成一个超大的黑洞。
当两个黑洞环绕彼此运行时，它们会拖曳着时空本体，并形成向外朝各个方向运动的微弱信号，这就好像是蜘蛛网中的振动一样。当这样的振动通过地球时，它会略略推挤我们的行星，导致地球相对遥远的脉冲星出现漂移。特大质量双黑洞形成的引力波要通过地球需要花费数月到数年，为了探测它们需要进行多年的观测。
泰勒的一名合作者、同样来自JPL的约瑟夫·拉齐奥（Joseph Lazio）说：“星系并合是常见事件，我们认为，宇宙中存在大量拥有特大质量双黑洞的星系，我们应该能够探测到它们。脉冲星让我们可以在两个黑洞螺旋靠近彼此的时候看到这些大质量天体。”
当这些庞大的黑洞距离彼此非常近的时候，引力波波长就变得过短，无法再使用脉冲星进行探测了。eLISA是欧洲空间局正在与NASA合作开发的一项计划，这样的空间激光干涉仪工作频率是可以探测到特大质量黑洞并合发出的信号的。LISA探路者卫星使用了JPL负责管理的稳定推进器系统，当前它正在为未来的eLISA计划测试必需的技术。
对于天文学家来说，发现特大质量双黑洞的迹象是一个挑战。星系的核心拥有众多恒星，甚至庞大的黑洞（大小与太阳系相当）也相形见绌。天文学家要在周边星系的辉光中观测双黑洞的迹象是很困难的。
射电天文学家转而去搜索这些双黑洞发出的引力波信号。2007年，NANOGrav开始观测一系列自转最快的脉冲星，并尝试探测引力波导致的微小漂移。
脉冲星会发出射电辐射束，一些辐射束在星体的每个自转周期内都会扫过地球一次。天文学家探测这种快速的射电辐射脉冲。大多数脉冲星每秒都会自转若干周，但有些毫秒脉冲星的转速要快上数百倍。
来自摩根镇（Morgantown）西弗吉尼亚大学的射电天文学家兼NANOGrav小组成员毛拉·麦克劳林（Maura McLaughlin）说：“毫秒脉冲星信号的抵达时间可以极其准确地预计出来，而我们的仪器可以以每秒1000万分之一的精度测量抵达时间。”
但是来自JPL与加州理工学院的天体物理学家提醒说，要探测微弱的引力波信号，我们可能需要很多脉冲星。来自JPL/加州理工学院研究小组的另一名成员米切尔·瓦利斯内里（Michele Vallisneri）说：“我们就好像是蛛网中心的蜘蛛。我们脉冲星网络上的脉络越多，就约有可能感知到路过的引力波。”
瓦利斯内里称，完成这样的壮举需要国际合作：“NANOGrav当前正在监测54颗脉冲星，不过我们只能看到很少几颗位于南天的脉冲星。我们需要与欧洲和澳大利亚的同行密切合作，来获取此类搜索所需的全天覆盖。”
一个澳大利亚脉冲星研究小组最近报告呈，在分析一组有着最高精度定时测量的脉冲星信号时，他们并未探测到这类信号，因此这一方法的可行性最近得到了置疑。在研究了他们的结果之后，NANOGrav小组确定，报告称的无探测并不是意外，其原因是乐观派的引力波模型以及对过少的脉冲星进行分析的结果。这篇一页的回应最近在arXiv电子预印本网站公布。
虽然存在技术上的挑战，但泰勒很自信地认为，他们的小组走的是正轨。泰勒说：“引力波随时都会扫过地球。考虑NANOGrav与其他国际小组正在监测的脉冲星数量，我们期待着在接下来的10年里能够获得低频引力波清晰而信服的证据。”
NANOGrav是由美国和加拿大超过60名科学家以及超过12家研究机构组成的合作组。小组使用西弗吉尼亚州的NRAO绿堤望远镜以及波多黎各的阿雷西博射电天文台获取的射电脉冲星定时观测来搜索时空本体中的涟漪。2015年，NANOGrav获得了美国国家科学基金会提供的1450万美元经费，来创建并运营一家物理前沿中心。
美国国家科学基金会引力波研究的项目负责人佩德罗·马罗内蒂（Pedro Marronetti）说：“LIGO最近探测到了引力波，而NANOGrav合作组非凡的工作显得尤其要紧且适时。这家由NSF赞助的物理前沿中心意在补足LIGO的观测，将引力波探测的窗口拓展到极低的频段。”
更多信息请访问：http://nanograv.org/。
（2）原初计划
王义芳的西藏引力波观测站！！！
在世界屋脊聆听“宇宙初啼”
阿里计划展露我国原初引力波探测雄心
■本报记者 王佳雯
在激光干涉引力波天文台（LIGO）宣布探测到引力波之后，国内相关研究也陆续走入人们的视线。从最初的“阿里计划”和“天琴计划”，到最近的“太极计划”，无不显示着我国在引力波探测领域的壮志雄心。
事实上，上述三大计划差别迥异。从探测方式来看，太极计划和天琴计划为空中探测，且探测目标不同。而阿里原初引力波探测项目则是地面观测，其目标是寻找宇宙初啼的证据——原初引力波。
原初引力波意义非凡
2月19日上午，中科院高能物理所研究员张新民与阿里计划得力干将美国麻省理工学院物理系研究员苏萌、中科院高能物理所副研究员李虹，在该所作了一场“LIGO引力波探测和阿里计划”专题研讨会。
研讨会在向听众传递关于引力波科学信息的同时，也展示了中国研究人员在该领域多年的研究成果及寻找原初引力波的雄心，吸引了众多科学家、物理和天文领域的学者、学生和科学爱好者参与。
张新民介绍，科学界根据起源对引力波进行了简单划分，其中在宇宙诞生时产生的引力波被视作原初引力波。
“原初引力波的波长与宇宙尺度相当，比此次LIGO探测到的引力波频率低很多。”苏萌解释道，“而且二者的起源也有很大差别，原初引力波对应宇宙学起源。而LIGO探测到的双黑洞并合引力波则起源于天体物理运动。”
在探测到引力波之后，寻找原初引力波，便被科学家视作下一个重要科学目标。
“发现原初引力波将是对早期宇宙理论的检验。”苏萌告诉《中国科学报》记者，宇宙早期是否存在暴涨过程都可以从原初引力波中寻找到答案，“发现原初引力波对基础物理和宇宙学，都会是很重要的突破”。
寻找宇宙背景光子
当代宇宙学普遍认为，宇宙早期经历过大爆炸过程，早期的宇宙可以被看作一团炙热的气体，宇宙各个组分处于热平衡状态，光子和电子频繁发生散射。随着宇宙膨胀，温度变低，光子在经历最后一次散射后脱离热平衡状态，在宇宙空间中自由传播，形成了所谓的宇宙背景光子（CMB）。
CMB携带着丰富的宇宙学信息，成为科学家认识宇宙的重要手段，CMB极化是下一代相关实验的研究重点，而测量CMB的B模式极化是科学家探测原初引力波的重要手段。
苏萌表示，CMB产生于宇宙诞生后38万年左右，已经过近137亿年的传播。“虽然中间经历了各种各样的天体物理演化过程，但我们依然有办法区分什么是后期宇宙演化产生的效应，什么是宇宙早期产生的信号。”
自1965年第一次捕捉到CMB光子之后，各国科学家已通过COBE、WMAP和PLANCK等空间卫星以及地面CMB望远镜进行了大量测量。地面望远镜成为下一代CMB实验发展的主要方向，由于北半球长期缺乏合适的台址，当前的CMB地面观测都集中在南半球，如美国南极科考站和智利天文台，只能看到50%的天区。因而在北半球天区寻找观测点，形成地面观测的全天覆盖变得十分重要。
静待研究成果
由于是微波波段的观测，CMB的地面探测对地面大气环境要求苛刻，大气中的水汽含量是一个重要的关注点。一方面空气中的水分子会吸收CMB光子，另一方面水汽也会在微波波段产生辐射，对信号形成干扰。“相当于信号变弱，而背景又增强了。”苏萌说。
所以，寻找具有合适大气透射率的观测点变得至关重要。根据PLANCK卫星的观测，全球只有4个地方适合进行CMB探测：位于南半球的阿塔卡马沙漠、南极，以及位于北半球的格陵兰岛和我国西藏阿里。
据悉，在国家天文台漫长的选址过程中，西藏阿里地区因独特的地理环境而胜出。如今，经过多年的建设和发展，阿里观测站为CMB探测提供了完备的基础条件。国家天文台副台长薛随建表示，CMB探测也是中国科学家的重要机遇。因为，地处海拔五六千米的CMB观测站，将打开北半球相关观测的局面，也为其成为相关领域重要的国际实验室提供了可能。
“阿里是CMB探测最好的地方。这样南半球有南极科考站，北半球有阿里。美国观测一半天区，我们观测一半天区，合起来便形成了全天区观测。”张新民说。
张新民告诉记者，阿里计划周期较短，预计5年将交出成果。不过，他也解释说：“从科学角度来说，5年出成果并不是说5年内就一定能看到原初引力波，而是说5年出一个研究结果，这个研究结果也可能是未来探测的一条线索。”
《中国科学报》 (2016-02-23 第4版 综合)
相关专题：人类首次探测到引力波
（3）天空激光测距太极计划
中国科学院今天（16日）公布我国空间引力波探测计划。 在我国，空间引力波探测已被列入中国科学院制订的空间2050年规划。
据中国经济网2月16日报道，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，开始规划我国空间引力波探测在未来数十年内的发展路线图。经过几年的努力，目前已形成了一支以中国科学院科研人员为主，胡文瑞院士、吴岳良院士为首席科学家的空间太极（Taiji）计划工作组。在科学院先导科技专项空间科学预先研究项目连续三期的资助下，工作组组织了各种学术交流活动和研讨会包括香山会议等，在引力波源的理论及探测研究和卫星技术研究上取得了诸多进展。
空间引力波探测和研究需要许多先进技术。在空间激光干涉仪方面需要稳频和锁相的大功率激光器和激光干涉系统；需要用无拖曵技术控制的高精度光学平台；需要测量超低重力水平的惯性传感器；需要控制各种噪声以分辨出引力波引起的微小距离（10-12米）的变化；以及需要与实验设备一体化的卫星研制。这些正是引力波国际探测计划要研究解决的关键技术。我国目前的技术能力与国际先进水平还有一定的差距，这种差距可以通过良好的国际合作得到一定的弥补。目前太极计划工作组与国际同行已建立了广泛的联系，与德国马普学会引力物理研究所和莱布尼茨大学爱因斯坦研究所确立了深度合作关系。太极计划工作组每年安排人员参加LISA合作组年会，与德国马普学会引力物理研究所每年轮流举办合作交流会议，对研究中所遇到的问题进行磋商和交流。
空间引力波太极计划涉及学科领域和前端技术广泛，包括物理学、天文学、宇宙学、天体物理、空间科学、光学，以及精密测量、航天技术、导航与制导、飞行器与轨道设计等，需要发展空间超远距离超高精度激光测量、超高灵敏度惯性传感器，以及超高精度卫星无拖曳控制等下一代高端空间技术，这些技术对于提升我国空间科学和深空探测的技术水平具有重要意义，对惯性导航、地球科学、高精度卫星平台建设等应用领域也将发挥积极的作用。
太极计划是一个中欧合作的国际合作计划，它有两个方案。方案I是参加欧洲空间局的eLISA双边合作计划，今年秋天将召开第三次双方科学家会议，完成双边合作的可行性报告，然后各自向主管部门呈报，由双方主管部门审批后执行。国际上很希望能有二组空间引力波探测系统同时进行空间探测，彼此验证，方案II就是发射一组中国的引力波探测卫星组，与2035年左右发射的eLISA卫星组同时邀游太空，进行低频引力波探测。方案II拟于2033年前后发射，实现我国大型先进科学卫星计划的突破。届时，中国卫星组与eLISA卫星组同时在空间独立进行引力波探测，互相补充和检验测量结果，我国将成为国际上空间引力波研究最重要基地之一。以基础科学研究为牵引，我国在空间科学研究、高端空间技术和科学卫星的整体水平上将会有一个质的飞跃。
2月16日上午，中国科学院在力学研究所举行空间引力波探测与研究媒体见面会。会议由中科院科学传播局周德进局长主持，其间公布了由中科院支持的“空间太极计划”。计划主要成员中科院力学所胡文瑞院士和国科大吴岳良院士分别就引力波探测与太极计划作了介绍，并就中国引力波物理及量子宇宙物理研究发展前景做了讨论。国科大乔从丰教授介绍道，太极就是宇宙起源，双星和双黑洞的融合也有太极之象，以此为名很有寓意。
下面知社为您介绍究竟何为太极，并附加州理工学院教授、LIGO科学联盟核心成员、理论物理学家陈雁北博士访谈。
中国科学院推出引力波探测“空间太极计划”
一百年前，爱因斯坦在创立了广义相对论后不久就提出了引力波存在预言。百年来，世界各国的科学家为寻找和发现引力波付出了巨大的努力，建造了多种实验装置。1974年，Hulse和 Taylor发现了脉冲双星PSR B1913+16,并在后续观测中间接找到了引力波存在的证据，于1993年获得诺贝尔物理学奖。2016年2月11日LIGO（激光干涉引力波观测站）实验组宣布直接观测到引力波信号。这一划时代的发现不仅是对爱因斯坦广义相对论一次意义非凡的直接验证，也为人类进一步探索宇宙的起源、形成和演化提供了一个全新的观测手段，包括探测宇宙大爆炸时期的引力波，为深入研究超越爱因斯坦广义相对论的量子引力理论提供了实验基础，开启了引力波物理和天文学以及量子宇宙物理研究的新纪元。
宇宙中引力波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。引力波谱的分析表明，地面观测的高频(>10Hz) 引力波主要对应于致密双星的引力辐射。上世纪60年代，人们开始在地面用共振天线探测引力波，但是由于灵敏度不够而未获得肯定的结果。90年代以来，人们开始用激光干涉方法在地面测量引力波，臂长分别达到4公里(美国的LIGO)，3公里(意、法合作的VIRGO)，600米(德、英合作的GEO)，和300米(日本的TAMA300)，其技术水平比共振天线法的探测灵敏度提高了四个数量级，使得LIGO实验组最终能够直接观测到引力波的信号。
中国科学院推出引力波探测“空间太极计划”
胡文瑞院士 (左)，吴岳良院士 (中)，周德进局长 (右)
近些年X射线的天文观测提供了星团等稠密动力学环境中中等质量黑洞存在的证据，而在宇宙学星系成长的等级过程中，中等质量黑洞作为超大质量黑洞早期种子来源的存在，也已在理论上被人们普遍接受。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10Hz的引力波，使其研究目标变得较为有限。为此，多国科学家都在加紧开展空间引力波探测的研究计划。1993年欧洲空间局(ESA)首先提出激光干涉空间天线(LISA)计划，在10-4-10-2Hz波段进行空间引力波测量。1997年美国空间局(NASA)加入，成为欧、美联合计划。LISA计划的引力波源是双星系、超大质量双黑洞和大质量比双黑洞的并合、普通星系核中大质量黑洞捕获恒星质量黑洞、超致密双星、以及大质量天体的爆炸等。2015年底已发射了LISA的关键技术验证卫星LISA-Pathfinder，计划于2025年左右发射(可能延至2030年或以后)由三颗各相距500万公里，装有空间激光干涉仪的卫星组进行空间引力波探测。最近，美国提出的后“爱因斯坦计划”包括两颗星，其中一颗是“大爆炸观测者”，着重于探测地面和LISA之间的中频(1x10-2-100 Hz)引力波。日本也提出了在相似频段观测引力波的DECIGO计划。中频波段的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。空间激光干涉法测量中、低频引力波将是天文学和空间宇宙物理最前沿的课题。
在我国，空间引力波探测已被列入中国科学院制订的空间2050年规划。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，开始规划我国空间引力波探测在未来数十年内的发展路线图。经过几年的努力，目前已形成了一支以中国科学院科研人员为主，胡文瑞院士、吴岳良院士为首席科学家的空间太极（Taiji）计划工作组。在科学院先导科技专项空间科学预先研究项目连续三期的资助下，工作组组织了各种学术交流活动和研讨会包括香山会议等，在引力波源的理论及探测研究和卫星技术研究上取得了诸多进展。
中国科学院推出引力波探测“空间太极计划”
经引力波探测和研究工作组多次商议和论证，按太极计划我国在2030年前后将发射由位于等边三角形顶端三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（1x10-4-1.0Hz）引力波的直接探测。卫星采用无拖曵技术，星组中卫星间距300万公里，激光功率约2瓦，望远镜口径约0.5米，加速度噪音为 3 x 10-15ms-2/√Hz。这一组技术指标总体上优于LISA的要求，而频率范围复盖了LISA的低频(10-4–10-1Hz)和DECIGO的中频(10-2–1 Hz)。太极计划的主要科学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，以及其它的宇宙引力波辐射过程。
空间引力波探测和研究需要许多先进技术。在空间激光干涉仪方面需要稳频和锁相的大功率激光器和激光干涉系统；需要用无拖曵技术控制的高精度光学平台；需要测量超低重力水平的惯性传感器；需要控制各种噪声以分辨出引力波引起的微小距离(10-12米)的变化；以及需要与实验设备一体化的卫星研制。这些正是引力波国际探测计划要研究解决的关键技术。我国目前的技术能力与国际先进水平还有一定的差距，这种差距可以通过良好的国际合作得到一定的弥补。目前太极计划工作组与国际同行已建立了广泛的联系，与德国马普学会引力物理研究所和莱布尼茨大学爱因斯坦研究所确立了深度合作关系。太极计划工作组每年安排人员参加LISA合作组年会，与德国马普学会引力物理研究所每年轮流举办合作交流会议，对研究中所遇到的问题进行磋商和交流。
空间引力波太极计划涉及学科领域和前端技术广泛，包括物理学、天文学、宇宙学、天体物理、空间科学、光学，以及精密测量、航天技术、导航与制导、飞行器与轨道设计等，需要发展空间超远距离超高精度激光测量、超高灵敏度惯性传感器，以及超高精度卫星无拖曳控制等下一代高端空间技术，这些技术对于提升我国空间科学和深空探测的技术水平具有重要意义，对惯性导航、地球科学、高精度卫星平台建设等应用领域也将发挥积极的作用。
太极计划是一个中欧合作的国际合作计划，它有两个方案。方案I是参加欧洲空间局的eLISA双边合作计划，今年秋天将召开第三次双方科学家会议，完成双边合作的可行性报告，然后各自向主管部门呈报，由双方主管部门审批后执行。国际上很希望能有二组空间引力波探测系统同时进行空间探测，彼此验证，方案II就是发射一组中国的引力波探测卫星组，与2035年左右发射的eLISA卫星组同时邀游太空，进行低频引力波探测。方案II拟于2033年前后发射，实现我国大型先进科学卫星计划的突破。届时，中国卫星组与eLISA卫星组同时在空间独立进行引力波探测，互相补充和检验测量结果，我国将成为国际上空间引力波研究最重要基地之一。以基础科学研究为牵引，我国在空间科学研究、高端空间技术和科学卫星的整体水平上将会有一个质的飞跃。
在媒体见面会后，知社学术圈第一时间连线美国加州理工学院，请LIGO团队核心成员、理论物理学家陈雁北博士发表感言。陈教授向记者介绍道：
中国进行空间引力波探测，有四个方面的意义。其主要的功用，不是催生诺贝尔奖，而是促进空间技术的发展，进而推动整个技术产业链，带动精密测量、激光、自动控制、高速计算等技术领域和产业的发展。其次，空间技术的提高，也会对地质、水文、矿产、气候变化等地球科学领域产生重大影响。此外，计划的实施，会培养一大批相关领域的专业技术人才和领军人物，从而推动整个国家科学和技术的进步。
最终，我们探索宇宙，来自人性对知识的渴求和未知的好奇。中华民族从远古开始，就对天文学有研究，在甲骨文中就有对宇宙的记载。科技的发展，一方面是为了人民生活品质的提高，另一方面也是为了推动精神文化的进步。这些年国家经济发展了，有这么强大实力，可以追求一些大的科学梦想。
新华社记者吴晶晶 白国龙
美国科学家近日宣布成功探测到引力波，证实了爱因斯坦引力理论的最后一项预言，震动世界。中国也正在积极布局引力波探测和研究，中国科学院１６日公布了空间引力波研究与探测的“空间太极计划”。
按照这一计划，中国将在２０３０年前后将发射三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。主要科学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。
据介绍，空间引力波探测被列入了中科院制订的空间２０５０年规划。２００８年由中科院发起，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。经过几年的努力，目前已形成中科院院士胡文瑞、吴岳良为首席科学家的“空间太极计划”工作组，在引力波源的理论及探测研究和卫星技术研究上取得了诸多进展。
胡文瑞院士介绍，“空间太极计划”是一个中欧合作的国际合作计划，目前有两个方案。方案Ｉ是参加欧洲空间局的ｅＬＩＳＡ双边合作计划，今年秋天将召开第三次双方科学家会议，完成双边合作的可行性报告。方案ＩＩ是２０３３年前后发射一组中国的引力波探测卫星组，与２０３５年左右发射的ｅＬＩＳＡ卫星组同时邀游太空。届时，中国卫星组与ｅＬＩＳＡ卫星组同时在空间独立进行引力波探测，互相补充和检验测量结果。
“空间太极计划”涉及学科领域和前端技术广泛，需要发展空间超远距离超高精度激光测量、超高灵敏度惯性传感器，以及超高精度卫星无拖曳控制等下一代高端空间技术，这些技术对于提升中国空间科学和深空探测的技术水平具有重要意义，对惯性导航、地球科学、高精度卫星平台建设等应用领域也将发挥积极的作用。
“我国目前的技术能力与国际先进水平还有一定的差距，这种差距可以通过良好的国际合作得到一定弥补。”胡文瑞说，目前太极计划工作组与国际同行已建立了广泛的联系，与德国马普学会引力物理研究所和莱布尼茨大学爱因斯坦研究所确立了深度合作关系。
一百年前，爱因斯坦在创立了广义相对论后不久就提出了引力波存在预言。百年来，世界各国科学家为寻找引力波付出了巨大努力，建造了多种实验装置。今年２月１１日，美国“激光干涉引力波天文台”（ＬＩＧＯ）宣布第一次直接探测到引力波，为人类开启了宇宙观测的全新窗口。
“针对不同频率的引力波信号源，需要不同的引力波接收器，ＬＩＧＯ实验在它的工作频段证实引力波的存在，也就是说，引力波在其他广泛的频段都应该存在，如果在对应这些引力波频段的探测上建造领先的实验装置，就会在未来的引力波科学大发现上占据先机。”美国麻省理工学院物理系研究员苏萌说。
ＬＩＧＯ的发现让中国科学家对中国引力波研究充满期待。除了中科院提出的“空间太极计划”，中国引力波探测计划还包括中山大学领衔的“天琴计划”和中科院高能物理研究所主导的“阿里实验计划”。“天琴计划”的目标是去太空捕捉引力波；“阿里实验计划”的目标则是在地面探测宇宙大爆炸初期的原初引力波。
“ＬＩＧＯ的发现证明了引力波的存在，我们可以满怀信心地去寻找不同波段的引力波，就像不同波段的电磁波谱一样。”苏萌说，“比如阿里实验计划将实现首次对北半球可见天区的原初引力波搜寻，是我国独具特色的引力波研究项目，如果成功将是下一个引力波领域、宇宙学、高能物理的重大突破。”
“目前在国际引力波探测领域，中国的影响几乎为零，希望借此机会更大推动国内引力波研究的发展。”
（4）500个亿的天空激光测距天琴计划
出自华中理工，后调任中山大学任校长的军界红人罗俊院士主导了卫星测距的天琴计划，此一计划是耗资最为巨大的世纪末工程！！预估总投资类似一座核电厂的代价！
中山大学空间引力波探测工程“天琴计划”启动
2016-02-22 13:29 来 源：中国教育报 作 者：刘盾 黄毅 字体： 大 中 小
“引力波探测是了解宇宙的新窗口与通道，可以了解宇宙过去、现在发生什么。中国应该在引力波探测上有一席之地。”在中山大学今天召开的推进实施“天琴计划”研讨会上，中国科学院院士、中山大学校长罗俊接受记者采访时表示，由该校发起的空间引力波探测工程“天琴计划”已于去年7月正式启动。
“天琴计划”将通过3颗轨道高度约10万公里、以地球为中心运行的卫星对引力波进行探测。“三颗卫星内部都包含一个或两个极其小心悬浮起来的‘检验质量’，高精度的激光干涉测距技术，将被用来记录由引力波引起的、不同卫星上‘检验质量’之间的细微距离变化，从而获得有关引力波的信息。”罗俊说。
“天琴计划”预期执行期为2016年至2035年，分四阶段实施。
第一阶段为2016年至2020年，将完成月球/深空卫星激光测距、空间等效原理检验实验，以及下一代重力卫星实验所需关键技术研发；2021年至2025年为第二阶段，该阶段将完成空间等效原理检验实验和下一代重力卫星实验工程样机，并成功发射下一代重力卫星和空间等效原理实验卫星；2026年至2030年实施的第三阶段将完成空间引力波探测关键技术、卫星载荷工程样机；最后的第四阶段将进行卫星系统整机联调测试、系统组装，发射空间引力波探测卫星。
罗俊介绍，相比于日前第一次直接探测到引力波的美国“激光干涉引力波天文台”，“天琴计划”增加了光学天文望远镜作为辅助手段，对引力波源的存在进行确认。此外，两者探测重点也不同，“激光干涉引力波天文台”是在地面探测高频段引力波，而“天琴计划”则是将在空间中进行测量，探测低频段引力波。低频段的引力波包含的信息更多元更丰富，可能探测到大质量甚至超大质量的黑洞。
“我们为‘天琴计划’已做了20多年的技术储备。”罗俊表示，在技术方面，对引力常数的测量、引力定律检验的研究，我国都处于世界前沿。在空间方面，“天琴计划”在中山大学珠海校区建研究中心，其综合设施的第一期工程包括3万平方米的天琴综合研究大楼、1万平方米的山洞超静实验室等。
（原标题：中山大学拨“天琴”觅宇宙“弦音”）
（5）地面激光干涉仪? (No)
×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××
全国政协委员、中国科学院院士、中国天文学会理事长武向平8日在接受科技日报记者采访时透露，中国引力波探测有望纳入未来国家基础研究发展计划，统一部署的中国引力波探测项目即将启动。
实际上，在美国成功探测到引力波之前，中国相关的引力波探测计划早已启动，比如中科院理论物理所在2008年就发起了“太极计划”；近期陆续启动的引力波相关探测计划还包括中山大学的“天琴计划”、中科院高能物理所的“阿里计划”以及国家天文台的“脉冲星测时引力波探测计划”。
值得注意的是，这些引力波探测计划均是高校和科研院所多年的预研究项目，既缺乏统一的部署和协调，更缺乏稳定持续的资金投入。对比美国在引力波探测方面的LIGO计划和欧洲的LISA计划，政府主管部门开始意识到有必要加强中国未来引力波探测的顶层设计与战略部署。
武向平透露，近期高层将召开中国引力波探测计划可行性研讨会，研究统筹目前国内主要的引力波探测计划的相关科研资源，加强协同与分工，最终制定形成一个稳定支持、目标明确、管理有序的引力波探测国家计划项目。
对于该计划项目的具体内容，武向平表示，根据目前的实际情况，引力波探测项目将有望形成三个研究方向不同的项目，分别探测引力波引起地球周围的“空间项”“时间项”以及宇宙极早期暴涨产生的原初引力波。目标就是要在引力波探测方面由“跟跑”变为“并跑”甚至“领跑”，从而实现基础研究领域在引力波探测方面的又一重大原始性突破。（记者王飞）
引力波探测的中国脚步——专访中科院国家天文台研究员张承民
我要评论
2016年02月14日 16:07:51 来源： 科技日报
评论0
打印
字大
字小
北京时间2月11日,美国加州理工学院、麻省理工学院、LIGO(激光干涉引力波天文台)科学联盟以及美国国家科学基金会联合宣布:引力波终于被探测到了!这一震惊世界的发现将对中国的引力波探测事业产生什么样的影响?
引力波探测的中国脚步
——专访中科院国家天文台研究员张承民
本报记者 刘园园
北京时间2月11日，美国加州理工学院、麻省理工学院、LIGO（激光干涉引力波天文台）科学联盟以及美国国家科学基金会联合宣布：引力波终于被探测到了！这是人类有史以来首次观测到时空的涟漪，它将打开人类探索宇宙的新窗口。这一震惊世界的发现将对中国的引力波探测事业产生什么样的影响？科技日报记者就此对中科院国家天文台研究员张承民进行了专访。
科技日报：中国科学家对引力波的探测是从什么时候起步的？
张承民：中国对引力波的探测研究早在上世纪 80 年代就开始了，这得益于著名科学家、原人大常委会副委员长周培源教授的支持，他曾经在美国普林斯顿大学留学，学习流体力学和广义相对论， 并听过爱因斯坦的课、与其一起讨论相对论。但当时由于条件落后，经济环境不是很好，设备和技术也不是很到位，那时对引力波的探测处于初级阶段，大部分情况下是进行理论的探索、方案的可实施性研究。
当时中科院的高能物理研究所、物理研究所以及中山大学都建立了引力波研究小组，进行了简单的、最原始的棒状天线观测，现在看来这些粗糙的设备距离探测引力波所需的灵敏度还是差得比较远的，但是中国科学家毕竟是进行了引力波研究的起步跟踪。
科技日报：中国科学家有没有想过建造像美国LIGO那样的激光干涉仪来探测引力波？
张承民：2000年前后美国LIGO建立后，中国科学家受到很大鼓舞。当时国家天文台还有其他单位相关学者开始牵头研讨建设中国概念的激光引力波干涉仪。当时中科院的领导给了很大的支持，提供了项目的必要启动经费，国家天文台对这个项目也是比较支持的。我本人荣幸地作为早期引力波探测项目参与者之一，也积极进行这方面的推动工作。
科技日报：现在中国的引力波探测处于什么样的发展状态？
张承民：中国在贵州建设500米口径射电望远镜（FAST）方面，把引力波作为探测目标之一。也就是说，后来引力波这项计划就转变成为FAST的科学目标之一，它未来可以通过监测毫秒脉冲星的空间位置变化，检验引力波的直接证据。
此前在上海建成的65米口径射电望远镜，以及现在正在新疆筹建的110米口径射电望远镜，都提出把脉冲星引力波监测作为其科学目标之一，但是它们的灵敏度和综合性能目前还达不到美国和澳大利亚射电望远镜的探测能力。在用射电望远镜探测引力波方面，美国、欧洲和澳大利亚目前是走在我们前面的。
FAST项目建成之后我们有可能实现追赶并赶超，按照设计要求， FAST的灵敏度和精度会比国际上现有最好的射电望远镜高3到5倍，它未来可能会成为引力波探测与研究的利器。因此，在未来几年，我们可以耐心等待来自中国的发现。
除此之外，中国加入了澳大利亚和南非正在建设的平方公里大型射电望远镜阵列（SKA）计划。SKA完成后将是世界上灵敏度最高的望远镜阵列，未来可能在探测引力波方面也会具有很高的权威性和说服力。
科技日报：在探测引力波方面，我们的路径似乎和美国有所不同。
张承民：中国没有像美国一样建设一个激光干涉仪直接探测引力波设备，而是投入到射电望远镜当中，找到了射电天文学与引力波监测的结合点，因为这跟我们国家目前的科技人员队伍的知识结构比较匹配吻合。可以说中国的引力波探测研究一直在进行当中，只是选择的策略和科技发达国家不太一样。我们国家当时遵循了“有所为、有所不为”的科技策略，是符合国情的判断。
但是这并不排除我们以后可能会建设小型的引力波激光干涉仪装置。现在我们的科技能力和科技队伍都有了一定的发展，再加上这次美国在引力波直接探测方面取得了重要成果，意味着原理上讲这种设备是可行的，所以中国未来也可能会考虑适当的引力波探测策略。
科技日报：美国科学家探测到引力波的消息震动全球科学界，您认为它对中国涉及引力波探测的项目例如FAST和“天琴计划”会有何影响？
张承民：美国科学家这次重大发现对中国在引力波的研究、探测以及相关科技设备研制、建设方面，可能会有比较好的推动作用。这个消息对FAST是极大的激励，因为未来我们在探测引力波时，可以朝LIGO所探测的波源方向靠拢，这样在探测上会有互相佐证的机会。“天琴计划”是中山大学发起的空间引力波探测计划，本次引力波发现事件对“天琴计划”也有很大的激励作用，至少从原理上确认了引力波存在的直接证据，这也说明“天琴计划”从科学原理上是可行的。美国科学家在获得引力波直接证据上取得了前所未有的科技结果，这对“天琴计划”在进行设备和方法论证时会起到一定的参考作用。对我国的引力波探测计划，我持积极乐观的看法。（科技日报北京2月13日电）