（原標題：如何彈響探尋宇宙奧秘的“天琴”？——專訪中科院院士、中山大學校長羅俊）

 

引力波從身邊穿過，人們卻一無所知，這個時代已經過去。美國“激光干涉引力波天文臺（LIGO）”近日宣布第一次直接探測到引力波，引起世界矚目。而我國自主進行的引力波探測計劃“天琴計劃”將如何傾聽來自宇宙的聲音？

21日，在中山大學召開的推進實施“天琴計劃”研討會上，中科院院士、中山大學校長羅俊接受了新華社記者專訪，他說，引力波探測是了解宇宙的新的窗口與通道，可以了解宇宙過去、現在發生了什么，意義非常重大。中國應該有一席之地，有自己的引力波探測，也應該有自己的引力波天文臺。

 

天琴實驗本身將由SC1、SC2和SC3三顆衛星組成，衛星將在以地球為中心、高度約10萬公里的軌道上運行，針對確定的引力波源進行探測。三顆全同的衛星構成一個等邊三角形陣列，每顆衛星內部都包含一個或兩個極其小心懸浮起來的檢驗質量。（圖片來源：信息時報）

 

三星環繞成“天琴”

記者：請問“天琴計劃”將如何探測引力波？

羅俊：“天琴計劃”將向太空發射三顆衛星。這三顆衛星在以地球為中心、高度約10萬公里的軌道上運行，構成一個等邊三角形陣列，對一個周期僅有5.4分鐘的超緊湊雙白矮星系統RX J0806.3+1527產生的引力波進行探測。

記者：“天琴計劃”的實施“時間表”是怎么安排的？

羅俊：總體規劃上，“天琴計劃”預期執行期為2016-2035年，分四階段實施。

（1）2016-2020年：完成月球／深空衛星激光測距、空間等效原理檢驗實驗和下一代重力衛星實驗所需關鍵技術研發。主要研發成果包括：新一代月球激光測距反射器、月球激光測距臺站、高精度加速度計、無拖曳控制（包含微推進器）、高精度星載激光干涉儀、星間激光測距技術等；

（2）2021-2025年：完成空間等效原理檢驗實驗和下一代重力衛星實驗工程樣機，并成功發射下一代重力衛星和空間等效原理實驗衛星。主要研發成果包含：超靜衛星平臺、高精度大型激光陀螺儀以及進一步提高加速度計、無拖曳控制（包含微推進器）、高精度星載激光干涉儀、星間激光測距技術等；

（3）2026-2030年：完成空間引力波探測關鍵技術，完成衛星載荷工程樣機；

（4）2031-2035年：進行衛星系統整機聯調測試、系統組裝，發射空間引力波探測衛星。

 

方案可行具備基礎

記者：“天琴計劃”的可行性有什么保證？

羅俊：“天琴計劃”是切實根據我國的技術能力實際和未來幾十年的發展前景，提出的我國自主開展空間引力波探測的可行方案。

“天琴計劃”開展空間引力波探測需要尖端的探測技術。首先是星間激光測距。也就是兩顆星之間用激光干涉的方法精確測量距離。這一點我們有了很多年積累。其次，慣性傳感器，我們對此也做了10多年的技術積累。這一技術曾在2006年搭載衛星進行試驗，2013年第二次衛星搭載。

目前，國內已有十多個大學和研究院所參與了“天琴計劃”的工作。同時，“天琴計劃”也是一個國際合作項目，俄羅斯莫斯科大學幾位教授已經參與合作，歐空局LISA計劃課題組的幾位核心成員非常愿意開展合作。還有來自德國、意大利、法國的頂尖教授也希望成為“”的合作者或者顧問。“天琴計劃”將成為中方牽頭的國際合作項目。

目前，珠海市政府已投入約3億元經費支持啟動“天琴計劃”。中山大學珠海校區正在建設引力波研究所需的地面基礎設施。“天琴計劃”綜合設施的第一期工程包括3萬平方米的綜合研究大樓、1萬平方米的山洞超靜實驗室、位于鳳凰山頂的5千平方米教學、科研、科普多功能觀測站。

 

推開不同的窗看到不同的風景

記者：“天琴計劃”與LIGO項目有何區別？

羅俊：一是有無光學輔助手段。“天琴計劃”的引力波探測有光學天文望遠鏡作為輔助手段對引力波源的存在進行確認，通過天文觀測已確定的雙星系統，清楚它們的質量、方位、距離、相互之間繞行的軌道頻率等；LIGO是通過探測到的引力波信號反演推斷存在兩個黑洞的合并發生，沒有另外的獨立方式（如光學輔助手段）進行確認，這種方式叫模型依賴。

二是探測重點不同。“天琴計劃”對一個天文已經觀測到的雙星系統進行觀測，把實驗設備調到相應的狀態，對準它來檢測引力波信號。我們探測低頻段引力波，LIGO探測高頻段引力波；我們探測是連續的引力波，可以持續驗證，LIGO探測的是短時間的引力波。

記者：探測低頻的引力波與探測高頻的引力波有什么不同？

羅俊：低頻與高頻的區別就是大家看到宇宙不同的物理現象和物理進程。不同的頻段是不同的窗口，不同的頻段沒有先進落后之分，就如同你推開不同的窗看到不同的風景，不同頻段的引力波探測將看到不同的天文事件。

低頻引力波反映出來的東西更多元更豐富。高頻引力波則大多是宇宙中更極端的事件。高頻引力波是大質量的天體非常劇烈運動才能產生，通常只有中子星或黑洞等天體相撞才能產生。然而，宇宙中更多的天文事件不是這種極端事件。往往是兩個星相隔較遠繞行，持續長時間運動。當然，LIGO的引力波探測發現是人類第一次直接觀測到引力波，意義非常重大。

 

亟需國家支持廣聚人才

記者：“天琴計劃”目前面臨的主要難點在哪里？

羅俊：資金挑戰。“天琴計劃”耗時約15至20年，總投資約150億元，是一個龐大的計劃。由于意義重大，該計劃應該是一個國家長期支持的科研行為，需要得到國家層面的支持。

技術挑戰。引力波探測是世界科學界公認的，難度最大的尖端科技之一，從某種意義上來說，“天琴計劃”比“阿波羅計劃”要困難。空間引力波探測帶來了前所未有的技術挑戰。它首先要求三顆衛星非常精確的進入一個預先選定的軌道，之后衛星的姿態控制要求到0.05°級別，衛星核心區域的溫度漲落小到10-6度級別，激光測距的精度要求做到10-12米級別，擾動抑制要求做到地球表面重力加速度的10-16倍。

記者：“天琴計劃”需要哪些人才？

羅俊：該計劃需要100人左右的教師團隊，四五百人的研究、工程技術人員以及博士后。我們需要很多方面的技術和人才，包括物理、材料、光學、航空航天、自動控制、機械、精密測量等等。為此，中山大學已發布招聘啟事，面向全球招募人才。

 

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如何彈響探尋宇宙奧秘的“天琴”？

圖文簡介

“天琴計劃”將向太空發射三顆衛星，預期執行期為2016-2035年，分四階段實施。目前，中山大學珠海校區正在建設引力波研究所需的地面基礎設施。