科學也可以如此靠近

中國「阿里計劃」時間表:世界海拔最高引力波觀測站2020年開始觀測


2017年11月21日06時 今日科學 封面新聞
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封面新聞記者 梁波

10月16日,人類歷史上第一次適用引力波天文台和電磁波望遠鏡觀測到來自雙中子星合併的引力波,「引力波」再成為最熱天文學話題之一。

這次「又見引力波」事件中,中國不僅沒有缺席,而且早有了大計劃。據中國科學院高能物理研究所消息,今年年初,我國在海拔5250米的西藏阿里,啟動建設全球海拔最高的原初引力波觀測站。項目被科學界稱為「阿里計劃」。

10月21日,封面新聞(thecover.cn)記者對話阿里計劃首席科學家、中國科學院高能物理研究所張新民研究員。張新民透露,「阿里計劃」已有具體「路線圖」和「時間表」:今年年底,觀測站主體工程完成;望遠鏡將在2019年建成;2020年開始觀測。

阿里計劃首席科學家、中國科學院高能物理研究所張新民研究員

又見引力波

人類首次看到電磁信號

封面新聞:這次又見引力波,看到了什麼?

張新民:這次LIGO和VIRGO探測到的引力波是與以往不同。前4次,LIGO探測到的是二個黑洞的碰撞併合發出的引力波,當時沒有看到電磁信號。這次看到的是中子星併合事件,發出的引力波信號被LIGO,VIRGO探測到,同時其電磁信號被許多天文望遠鏡探測到。所以,如果說之前LIGO的發現使人類第一次聽到了宇宙的聲音,那麼這次是人類第一次連「聽」帶「看」地感受到了一個引力波事件,這在引力波乃至整個天體物理研究領域是十分重要的。

探測引力波

最早源於愛因斯坦

封面新聞:人類探測到引力波信號,最早可以追溯到什麼時候?

張新民:愛因斯坦早在1916年就提出了引力波這一物理概念,然而,由於引力相互作用極端微弱,實驗探測也就非常困難。人們經過多年的嘗試,在1974年,美國天文學家約瑟夫·泰勒(Joseph Taylor)和拉塞爾·赫爾斯(Russell

Hulse)首次發現了引力波存在的間接證據。他們觀測脈衝雙星時發現,該雙星系統公轉周期逐步遞減,與能量的損耗相關,這種能量損耗被認為是轉化成了引力波輻射。兩名科學家也因這一發現於1993年被授予諾貝爾獎。在引力波理論提出的一個世紀後,2015年,LIGO探測到了黑洞併合的引力波,這是人類首次探測到引力波信號。

為何感興趣

讓人類聽到宇宙深處的低語

封面新聞:人類為何要探測引力波?天文學家為何對引力波如此感興趣?

張新民:引力波的探測,對物理學和天文學而言意義重大,首先,可以說完成了一項世紀任務,檢驗了愛因斯坦100年前的預言。更重要的是,它開啟了一個新的時代,使天體物理和宇宙學家們能夠利用一種全新的手段去探索天體、乃至宇宙創生和演化的奧妙。如果說,電磁波讓人類「看」的更遠,那麼引力波將使人類聽到來自宇宙深處的低語,如果不久的將來能夠探測到來自宇宙早期的原初引力波的話,我們將「聽」到宇宙的初啼。

封面新聞:引力波對於人類未來生活會帶來什麼影響?

張新民:引力波可以改變人類對宇宙的認知,使我們更好地探索宇宙。引力波本身在可預見的近期對人類的生活可能沒什麼影響,但是由於引力波信號非常弱,探測引力波需要非常靈敏的儀器以及控制極低的噪聲,這些技術(雷射、減震、真空、數據處理等)都可以被用於人類的生活。在更遠的將來,引力波為人類所用也是極有可能的。

中國不缺席

具體探測包括三方面

封面新聞:目前我國對引力波探測研究有著怎樣的現狀?

張新民:2016年2月LIGO合作組宣布探測到引力波之後,中科院、(國家自然科學)基金委啟動了相應的項目。科技部成立了引力波研究專家委員會,統一規劃我國的引力波探測實驗。
目前,中國的引力波探測包括三方面:阿里計劃、貴州的FAST和空間探測。

阿里計劃由中科院高能所牽頭,國內多家單位參與。FAST是通過脈衝星計時探測引力波。空間方面現在有兩個方案,一個是科學院力學所和國科大領導的「太極計劃」,另一個是中山大學主導的「天琴計劃」。

封面新聞:今年兩會期間,你在接受媒體採訪時表示,「阿里計劃」是世界上第一個地處北半球的原初引力波觀測站。該觀測站位於哪裡?何時能建成?目前進展情況如何?

張新民:阿里實驗將在我國西藏阿里地區獅泉河鎮附近的喜馬拉雅山脊上,海拔5250米,原初引力波觀測站建成後將是世界上最高的原初引力波觀測站,今年年底將完成實驗室建設的主體結構,望遠鏡將在2019年建成,2020年開始觀測。

封面新聞:阿里計劃緣何選擇西藏阿里?

張新民:原初引力波的地面探測實驗對大氣環境要求苛刻,需要到海拔高、水汽含量少的地方開展實驗。目前,全球共有4個最佳的觀測點,我國阿里地區是北半球最佳觀測站點。

現有的重要的CMB實驗站都集中分布在南半球的智利阿塔卡馬沙漠和南極極點觀測站。我國西藏阿里的觀測站建成後將是國際上海拔最高的原初引力波觀測站。


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