免費論壇 繁體 | 簡體
Sclub交友聊天~加入聊天室當版主
分享
返回列表 回復 發帖

怪不得引力波看起来像太极 原来隐藏着一个惊天计划!

这阵子最热的事件莫过于LIGO发现引力波了,很多人在茶余饭后都情不自禁地聊起来:你知道引力波吗?你感觉到引力波了吗?
  
  还有一些人则想得更远——
  引力波对我的生活有毛用?
  中国人什么时候才能发现引力波啊!
  
  当然,中国的科学家并不是吃闲饭的。
  2016年2月13日,中国科学院高能物理研究所发了条微博:“你知道吗?目前,我国主要有两大引力波探测项目:中科院高能所主导的‘阿里实验计划’和中山大学领衔的‘天琴计划’。一个是在地面上聆听引力波的音符,一个是到太空去捕捉引力波的声响。”
  紧随其后,2月16日,中国科学院举行“空间引力波探测与研究”媒体见面会,正式公布“太极计划”。
  
  有图为证:“太极计划”媒体见面会现场 蝌蚪君/摄
  
  “太极计划”的负责人:微重力科学专家、中国科学院院士胡文瑞和中国科学院院士、中国科学院大学副校长、中国科学院卡弗里理论物理研究所所长吴岳良。(此处必须要推荐>>>>蝌蚪君专访吴岳良)
  好嘛,阿里计划、天琴计划、太极计划——一出就出仨。
  
  既然都是引力波探测计划,这仨有什么不一样呢?
  先来看个表格。(蝌蚪君制图,丑是丑了点,不要太在意细节)
  引力波
  探测计划
  太极计划
  天琴计划
  阿里计划
  项目类别
  空间探测计划
  空间探测计划
  地面探测计划
  主导单位
  中科院
  中山大学
  中科院高能所
  探测频段
  中低频
  中低频
  低频
  实施方案
  中欧合作的国际合作计划,方案I是参加欧洲空间局的eLISA双边合作计划。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,实现中国大型先进科学卫星计划的突破。
  计划用20年时间,通过四个阶段实施,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。
  利用阿里地区独特的地理气象条件,实现首次对北半球可见天区的原初引力波搜寻,是我国独具优势的引力波研究项目。主要使用一台微波波段的望远镜,通过极其敏感的探测元器件,排除地球大气和银河系的干扰,搜寻从137亿年前跨越整个宇宙传播到地球的宇宙微波背景辐射。
  投资预算
  未定
  150亿
  1亿
  首先,名字不一样
  
  当然不是!这么大的探测项目,名字当然不是随便起的。“天琴”顾名思义,是天上的——空间引力波探测计划,“阿里”则是扎根于中科院国家天文台西藏阿里观测站,是地面的——望远镜探测计划——跟阿里巴巴没有半毛钱关系!“太极”则是…………额,这个不太能从字面看出来,不过你再瞅瞅LIGO的那个双黑洞,似乎发现了什么…………
  
  这不就是中国的太极图吗?!
  
  此中必有深意啊…………
  事实上,“太极计划”是科学家们刚给它取的小名,你可记得蝌蚪君曾经提过——
  没错!这个“科学院空间引力波探测工作组”就是“太极计划”的前身,所以它也属于天上的——空间引力波探测计划。
  小结一下,“天琴计划”和“太极计划”同属空间引力波探测计划,“阿里计划”则是立足地面设备的探测计划。
  要找的都是引力波,有什么不一样吗?
  既然是波,总要分大小,有高低。
  
  举个例子而已…………
  引力波更为特别,它的频率很宽,最低的只有亿亿分之一赫兹。
  频率最低的是原初引力波,它的波长跟整个宇宙的尺度差不多大,所以只能通过对宇宙大爆炸后遗留的光子场信号,即宇宙微波背景辐射来寻找它。——“阿里计划”主要寻找的就是原初引力波。
  “阿里计划”使用的是一台微波波段的望远镜,通过极其敏感的探测元器件,排除地球大气和银河系的干扰,搜寻从137亿年前跨越整个宇宙传播到地球的宇宙微波背景辐射。它寻找的是一种特殊的偏振信号,称之为B模式。
  
  要做到这点也不容易,望远镜为了尽量避开环境和大气的干扰,放在海拔5100多米的西藏阿里地区狮泉河附近的山顶。大气越稀薄、水汽含量越少,干扰就越小,才越有希望看清原初引力波留下的痕迹。这里海拔高、云量少、水汽低、透明度高,观测条件堪比美国南极科考站。
  其次是大质量黑洞并合时发出的引力波,对应频率在百万分之一赫兹到亿分之一赫兹之间。这种事件往往发生在星系与星系相撞的后期。科学家往往利用校准后的毫秒脉冲星,作为校准光源,在地面上用大型地面射电望远镜作为探测器,来观测这种引力波。
  需要注意的是,这些都属于低频引力波。
  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。
  致力于空间探测的“太极”和“天琴”都是针对中低频段的引力波。
  而LIGO此次发现的引力波,属于高频引力波。而且,所有的地面探测局限于臂长,再长也突破不了高频范围,只能观测小质量的引力波。
  
  所以,当我们还在担心“LIGO都发现了引力波中国还有啥好玩的”,科学家可以负责任的告诉你:高频好玩的也就那么一丢丢,低频才是重头戏好伐?!低频包含的内容比高频更加丰富,可研究的问题更多——如果低频能做成功,那就不是一个诺奖了!
  所以,LIGO的发现就相当于交响曲的序曲,证实了引力波的存在,可是主调还在后面呢!
  
  宇宙交响曲 新华社/图
  而且,学如逆水行舟,不进则退。人家歪果仁都搞明白的事情,你不研究你就落后了。
  
  那么,悄悄地说,我们离国际水平还差多远?
  举个例子,引力波探测关键的核心技术就是地球微重力测量,中国能达到的微重力水平才-6、-8,而上星的话需要-11~-12,我们要学的还太多。
  但是,千万不要气馁!
  因为我们的差距已经在缩小了。以欧航局搞的eLISA为例,同样是空间引力波探测项目,同样是三颗卫星计划,虽然我们目前不能全面的达到eLISA水平,但是局部已经可以满足,比如eLISA所需要的望远镜,完全可以中国造。但要造中国自己的探测器,至少还要20年。
  所以“太极计划”做了两手准备——A、中国作为主要参与方,加入欧航局的eLISA计划;B、不加入eLISA,中国自己发卫星搞探测。
  选择A方案我们可以从国际合作中学到更多,成功率更大;选择B方案就是坚持“made in China”,成功率不好说。
  你选A还是选B?
  
  话说回来,地有多大产,还要看预算。LIGO靠的是美国国家科学基金会的长年支持,欧洲的研究也已经二三十年了,中国的空间科学还是很薄弱。就像我们教育孩子一样,引力波探测也是一个逐步建立知识体系的过程。
  如何能在基础研究上保证可持续呢?必须得花钱。
  科学家们已经表态了,我们要体谅国家困难,一步一步的来。但是这一步,必须要走。
  
  走得慢一点,走得稳一点
  最后一个问题,是大家最关心的。
  引力波会对我们的生活有什么影响?
  这一点,科学家们也可以负责任的告诉你:目前而言,主要靠幻想
  
  以前人类的视野可能局限于微观世界,引力波可以让我们对宏观世界有更多了解。
  就像我们丈量世界的尺子一样,以前是米、微米(100万分之一米),后来是纳米(10亿分之一米),今后是皮米(10000亿分之一米),引力波就是推动皮米探测技术。这项技术所产生的影响不可估量。如果有一天,人类真要星际穿越,那引力波就可以帮助我们,在浩瀚的宇宙中看清前路,看得更远。
  
返回列表