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中国本土引力波探测“天琴计划”立项代表了什么

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发表于 2016-3-19 00:47:07 | 显示全部楼层 |阅读模式
中国本土重大引力波探测工程“天琴计划”已经于2015年7月份正式启动,部分关键技术研究已有具体进展,目前正在立项中。

根据此前的设想,“天琴计划”主要将分四阶段实施:第一阶段完成月球/卫星激光测距系统、大型激光陀螺仪等天琴计划地面辅助设施;第二阶段完成无拖曳控制、星载激光干涉仪等关键技术验证,以及空间等效原理实验检验;第三阶段完成高精度惯性传感、星间激光测距等关键技术验证,以及全球重力场测量;第四阶段完成所有空间引力波探测所需的关键技术,发射三颗地球高轨卫星进行引力波探测。


 中山大学天文与空间科学研究院院长李淼透露,”天琴计划“将需要100人左右的教师团体,四五百人左右的研究、工程技术人员以及博士后。“现在罗俊校长是天琴计划的领导者,我是猎头人。”

  根据爱因斯坦的广义相对论,引力是由于质量所引发的时空扭曲所造成,任何有质量的物体加速运动都会对周围的时空产生影响,其作用的形式就是引力波。虽然引力波无处不在,但是非常微弱,只有像超新星爆发、中子星与黑洞等天体相撞,才会产生足够强烈的引力波。
  世界科学界公认,引力波探测是难度最大的尖端科技之一,也是一项意义重大的物理学基础研究。作为爱因斯坦广义相对论中最重要但一直未被证实的预言,引力波是物理学王冠上最耀眼的一颗明珠,如果探测成功,将是人类认知史上具有里程碑意义的科学发现。

  早在上世纪70年代,引力波探测这一被诺贝尔奖获得者杨振宁称为“投钱少,有重大科学意义”的研究领域,就曾经在中国引起过热潮。但中国的研究从1998年起中断十余年。
  2008年,在中科院力学所国家微重力实验室胡文瑞院士的推动下,中科院多个研究所及院外科研单位共同成立了科学院空间引力波探测工作组,开始探索中国空间引力波探测的可行性。这一项目被列入中科院空间科学2050年规划。在2011年前的一次香山科学会议上,与会的专家认为,探测引力波工程,将可以催生不是一个,而是一批诺贝尔奖。
  上世纪七十年代中山大学引力物理研究室建设常温共振型引力波天线,其测量灵敏度为当时国际同类引力波天线的最高水平之一。1979年7月在意大利召开的第二届格拉斯曼广义相对论国际会议上,来自中山大学的陈嘉言教授,由于在引力波研究方面的贡献,被聘为会议顾问委员会委员。这是中国的引力波研究第一次被国际社会认可。

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天琴计划专家:我们对引力波的观测会更有价值


刚到花甲之年的中国科学家罗俊,从未像今天这样受到人们的关注。
随着美国激光干涉引力波天文台(LIGO)宣布发现引力波,“天琴”、“太极”、“阿里”等多个中国本土引力波探测计划也随之浮出水面。
早在二三十年前,罗俊团队就已布局对空间引力波的探测和关键技术攻关,只是那时还没有提出“天琴”代号,引力波研究也远没有现在这么知名。
身为“天琴计划”领军科学家,中山大学校长、中国科学院院士、全国人大代表罗俊近日在北京接受了记者独家专访。
美国率先发现引力波,中国已输在起跑线上?

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上世纪80年代,中山大学与美国斯坦福大学合作运用棒状的引力波天线(简称“韦伯棒”)进行探测,灵敏度达到国际最好水平之一。遗憾的是,与探测引力波的要求差距仍然巨大。
此后,激光干涉检测引力波成为了世界主流方式。

罗俊称,目前中国地面引力波探测确实落后欧美很多年,但在空间引力波探测上,“天琴计划”与欧洲LISA或eLISA计划相比差距要相对小一些。
罗俊表示,美国LIGO地面引力波探测是一个模型依赖,是否确认为引力波,实际上还没有最后定论,即使是,那也是高频段引力波。当然,这对于“天琴计划”在低频段观测引力波很有参考价值。

“美国LIGO探测的引力波是相当于千赫兹,是极端天体事件产生的信号,持续时间非常短,还不到一秒。”罗俊表示,我们以后要观测的是连续的、天文学可以确认的波段,那会更具价值。
“空间引力波探测对技术要求非常苛刻,难度甚至超过‘阿波罗计划’。”罗俊称。


加入全球引力波研究竞赛以我为主、共赢合作


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。


罗俊认为,现在能做空间引力波探测的国家和地区主要是美国、欧洲和中国,“谁能率先做好,谁就在科学发现上走得更快”。
“中国加入了日趋白热化的全球引力波科研竞赛。从跟跑到并跑,再到领跑时,别人就要追你,所以并跑时竞争会非常激烈,这将是持续的过程。”

罗俊称,中国引力波研究强调核心技术必须“以我为主”,但不排斥国际合作。
罗俊认为,碰到共同问题,大家一起讨论寻找解决途径。特别是,中国与欧洲两套空间引力波研究系统,如果差不多时间实现卫星上天,还能互相验证、形成共赢。
罗俊称,中国经济发展到今天,才有财力推进引力波探测,他很高兴能赶上这个时代,而在竞争过程中,中国有望借助举国体制优势,加快推动本土引力波探测进程。


中国引力波探测计划应形成合力

作为物理学“大咖”,罗俊长期从事引力理论与实验、精密测量研究。2014年开始启动的“天琴计划”,落地在中山大学珠海校区,目前获得当地政府3亿元人民币支持。
罗俊透露,该工程前期勘察设计已经接近尾声,今年6月将动工建设,包括修建上山公路,在山顶建立相当于小型天文台的卫星观察站,在山里挖掘建设面积1万平方米的山洞超静实验室。
该计划面临的最大难题是缺乏世界一流人才,中山大学已面向全球发出年薪50万-100万元人民币的“英雄帖”。

“天琴计划”预期执行期为2016年至2035年,时间跨度长达20年。
罗俊表示,引力波探测资金投入庞大,耗资较贵的是最后阶段的卫星上天。引力波探测不是简单地砸钱就能实现,它需要时间深入研究、实验。
罗俊表示,“天琴计划”国家立项工作正在推进中。他认为,不同于“阿里”进行宇宙微波背景辐射探测,“天琴”、“太极”均针对空间引力波探测,核心技术基本一致,相信国家会将其合二为一,以期形成合力。

全国政协委员、中国天文学会理事长武向平日前亦向媒体称,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。
罗俊今年首次当选全国人大代表,其在两会上保持了一贯的低调作风。作为当下中国最炙手可热的科学家之一,对于众多媒体的追逐采访,他常常婉言拒之。
毫无疑问,人们对这位被称为“在山洞里研究引力波约30年”的科学家充满好奇。
“对于科学的探索,纯粹就是感兴趣,”罗俊称,“最重要的是享受科研的过程。”



知乎大神们是如何评价天琴计划的呢?


这个名字好啊!

所有人都感到了一阵强劲的振动,这振动似乎不是来自外部,而是自己的身体发出的,似乎每个人都变成了一根嗡嗡作响的琴弦。这死亡之琴只弹奏了十二秒就停止了,然后一切陷人寂静。

  在飞船外面,时空的薄膜在引力波中泛起一片涟漪,像风吹皱了暗夜中的湖面,对两个世界的死亡判决以光速传向整个宇宙。

我是华中科技大学物理学院的。罗俊院士在华科的山洞里面潜心钻研数十载有了今天的成就,这种耐力不是一般人能有的。这个计划其实很早就听说了,听说引力波已经被找到我还担心是不是天琴计划就要停了呢...其实我想说的是,我听说我们学院还有很多人在参与此项项目,怎么从报道上看这个计划怎么就和我科一点关系都没有了呢?


现在启动多节省成本啊,在老美探测到引力波之前如果投钱到这个不知道到底存在与否的项目中,会有多少人有异议,会有多少人喷,而且最后能不能有个结果也是个问题,时间,精力,金钱万一都白费了怎么办,我估计之前"天琴计划"一直断断续续的原因就是异议太多,前景不确定。现在美国已经把前路探明了,我们发现这条路可行,那就赶紧干起来,别人家已经把引力波技术投入商业了,我们还在实验室里面。

引力波也只是被证实,而且被证实的是两个黑洞合并所产生的引力波。那么还有好多种产生引力波的方式,都要靠引力波探测计划逐一研究。而且别人家的设备,终究是别人的。






  中山大学正在组建的研究小组,将开展空间引力波探测计划任务的预先研究,制定中国空间引力波探测计划的实施方案和路线图,并开展关键技术研究。
  根据目前的设想,”天琴计划“主要将分四阶段实施:第一阶段完成月球/卫星激光测距系统、大型激光陀螺仪等天琴计划地面辅助设施;第二阶段完成无拖曳控制、星载激光干涉仪等关键技术验证,以及空间等效原理实验检验;第三阶段完成高精度惯性传感、星间激光测距等关键技术验证,以及全球重力场测量;第四阶段完成所有空间引力波探测所需的关键技术,发射三颗地球高轨卫星进行引力波探测。

  李淼教授告诉财新记者,完成全部四个子计划,大约需要20年的时间,投资大约150亿。目前,天琴计划中的山洞超静实验室和激光测距地面台站基础设施建设已经启动,部分关键技术研究也已经有具体进展。
  今年5月17日,第二届天琴空间科学任务研讨会在中山大学珠海校区举办,中国科学院力学研究所胡文瑞院士,中国科学院武汉物理与数学研究所叶朝辉院士,中国科学院院士、中山大学校长罗俊,副校长马骏等重量级专家等出席会议。该研讨会也标志着天琴计划的立项申请工作正式启动。

  目前国际上的引力波探测计划,有美国从1995年开始的激光干涉引力波观测站( LIGO,Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory),这一计划实施最早而且精度最高。还有意法合作的VIRGO,英德合作的GEO600米,日本的TAMA300和LCGT工程,LCGT计划建在地下,使用超导材料。
  2000年,欧洲航天局宣布,将与美国国家航空航天局合作,从2010年开始共同实施“激光干涉空间天线(Laser Interferometer Space Antenna,LISA)计划,该计划要发射3颗卫星,组成一个边长为500万公里的巨大三角形,它们之间以激光束相连。
  但是这一计划在筹备多年后,美国由于经费问题选择了推出,欧洲也出于节省经费的目的,推出了一个缩小版的eLISA计划,但原定2012年发射的第一颗实验卫星,已经被推迟到了2018年。




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