在太空奏響引力波的中國樂章
2月初,中山大學珠海校區的校園裏掛起了大紅燈籠,大多數老師和同學們(men) 已陸續返鄉(xiang) 過春節。在中山大學天琴中心的實驗室裏,有這樣一群年輕人,他們(men) 在忙碌中度過龍年春節。
劉琳霞工程師就是其中的一員,她所負責的光學平台鏡片粘接實驗正在緊張進行中。作為(wei) 實現空間引力波探測的核心組件,光學平台的研製是其中需要攻克的關(guan) 鍵技術之一。
“光學平台需要粘接的鏡片和組件分為(wei) 幾十個(ge) 步驟,每一步都需要在潔淨間中進行。特別是鏡片的粘接,是將表麵凹凸高度差不超過1%頭發絲(si) 的玻璃片,在幾十秒內(nei) 完成精準的定位和粘接,每一步粘接前的調裝工作都要花費幾天時間。”劉琳霞說,“實驗過程中任何一個(ge) 步驟的粘接精度達不到要求,前麵所有的工作都會(hui) 前功盡棄。”
為(wei) 了在規定的時間節點前按精度要求完成實驗任務,實驗室的老師和學生都放棄了周末和假期的休息時間。
像劉琳霞這樣堅守在科研一線的師生還有很多,是他們(men) 對理想信念的堅守,對科研報國的熱忱,使天琴計劃得以順利推進。
“我們(men) 團隊近期的一個(ge) 研究重點是如何提高天琴引力波數據分析的實時性。”中山大學天琴中心副教授胡一鳴介紹,天琴的一個(ge) 重要觀測對象是大質量黑洞的並合。
近年來,許多國際同行的研究表明,在這些宇宙中的“巨無霸”並合時,可能會(hui) 發出轉瞬即逝的電磁信號。將天琴的引力波探測與(yu) 電磁波觀測相結合,可以全方位、立體(ti) 式地感知黑洞並合的瞬間,進而有望解答大黑洞起源、引力本質等眾(zhong) 多核心科學問題。而這一切的成立依賴於(yu) 引力波數據分析的實時性。
胡一鳴說,天琴繞地軌道的選取使得引力波數據可以快速、實時地傳(chuan) 輸到地麵,問題的瓶頸就在於(yu) 如何快速、實時地完成對數據的分析。如果沿用傳(chuan) 統方法,這一過程耗時良久,往往需要在超級計算機上運行數天之久。但在天琴團隊的共同努力下,他們(men) 已經可以做到在小時量級內(nei) 更新分析結果。
據了解,天琴有望提供大量無法通過其他探測手段獲取的信息,對於(yu) 揭示大質量黑洞的起源與(yu) 成長曆史、宇宙膨脹、引力與(yu) 黑洞本質等都有非常重要的意義(yi) ,並有可能發現目前無法預料的新物理,將對天文學、物理學研究產(chan) 生顯著的推動作用。
天琴計劃的開展需要攻克一係列關(guan) 鍵核心技術,將能夠推動我國高精度空間探測載荷及衛星技術跨越式發展,其技術進步在地球重力場測量等方麵有重要的應用,具有重大的戰略價(jia) 值。
目前,天琴中心衛星平台技術研究室的師生仍在繼續進行項目的推進。
中山大學天琴中心特聘副研究員劉建平告訴中青報·中青網記者,在寒假期間,團隊依然保持科研不間斷,堅持實驗測試與(yu) 組會(hui) 討論,確保項目進度的穩步推進。空間引力波探測任務對超靜超穩衛星平台提出了前所未有的苛刻要求。課題組成員們(men) 靜心鑽研,分工協作,“我們(men) 會(hui) 繼續努力,全力推進衛星平台相關(guan) 技術的研究、測試與(yu) 驗證,助力天琴盡早在太空奏響引力波的樂(le) 章”。
天琴計劃是中國科學院院士羅俊於(yu) 2014年提出的空間引力波探測計劃。該計劃預期於(yu) 2035年前後在約10萬(wan) 公裏高的地球軌道上,部署3顆全同衛星構成邊長約為(wei) 17萬(wan) 公裏的等邊三角形星座,建成空間引力波天文台,打開0.1mHz-1Hz的引力波探測窗口,回答宇宙重大質量黑洞起源等重大科學問題,為(wei) 人類揭開更多宇宙奧秘。
據介紹,天琴計劃按照“0123”技術路線圖推進關(guan) 鍵技術進步和保障引力波探測任務的實現。各階段的數字代表需要發射的衛星數量。
具體(ti) 來說,第“0”步,進行月球激光測距實驗,研製新一代激光測距反射器,新建激光測距台站;第“1”步,“天琴一號”技術試驗衛星於(yu) 2019年12月20日成功發射,實現我國空間引力波探測核心技術量級提升,並在國內(nei) 首次利用國產(chan) 衛星數據獲得全球重力場模型;第“2”步,“天琴二號”技術試驗衛星完成關(guan) 鍵技術地麵驗證,預計於(yu) 2026年前後發射雙星進行在軌試驗;第“3”步,“天琴三號”引力波探測衛星項目相關(guan) 工作順利推進,完成對天琴主要科學目標的第一輪評估,解決(jue) 地月係重力場的潛在影響等問題。
記者在采訪中了解到,天琴計劃基礎研究設施已全部建設完成,布局形成了“一個(ge) 中心+三個(ge) 台站”,為(wei) 天琴計劃的實施提供有力保障。
中青報·中青網記者 林潔 來源:中國青年報
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