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中山大學(xué)發(fā)布天琴計(jì)劃 將發(fā)射衛(wèi)星探測(cè)引力波

2016年02月22日 09:32:39  來源:信息時(shí)報(bào)
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  昨日,中山大學(xué)舉行“天琴計(jì)劃”推進(jìn)實(shí)施研討會(huì)。引力波被發(fā)現(xiàn)后為何中大仍要實(shí)施該計(jì)劃?據(jù)悉,“天琴計(jì)劃”發(fā)射三顆衛(wèi)星在地球軌道上探測(cè)引力波,覆蓋范圍更大,探測(cè)到更多波段的不同現(xiàn)象。目前,國(guó)內(nèi)已有十多個(gè)大學(xué)和研究院所參與其中,該項(xiàng)目也將成為中方牽頭的國(guó)際合作項(xiàng)目。中大校長(zhǎng)羅俊表示,“天琴計(jì)劃”難度比當(dāng)年的阿波羅登月計(jì)劃還大。

  啟動(dòng):珠海市投3億元用于基礎(chǔ)建設(shè)

  “天琴計(jì)劃”由中山大學(xué)校長(zhǎng)、中國(guó)科學(xué)院院士羅俊教授團(tuán)隊(duì)領(lǐng)銜。其出發(fā)點(diǎn)是切實(shí)根據(jù)我國(guó)的技術(shù)能力實(shí)際和未來幾十年的發(fā)展前景,提出我國(guó)自主開展空間引力波探測(cè)的可行方案。

  2015年1月在接棒中大校長(zhǎng)之前,羅俊一直在華中科技大學(xué)從事物理學(xué)研究,其引力實(shí)驗(yàn)室也被外國(guó)專家稱為“世界的引力中心”,并完成了“天琴計(jì)劃”的一些關(guān)鍵技術(shù)的儲(chǔ)備。例如,星間激光測(cè)距技術(shù),就是在兩顆星之間用激光干涉的方法精確測(cè)量距離,同時(shí)還積累了10多年的慣性傳感器技術(shù),曾在2006年搭載衛(wèi)星進(jìn)行試驗(yàn),2013年第二次衛(wèi)星搭載。

  據(jù)介紹,天琴計(jì)劃預(yù)期通過5年時(shí)間的發(fā)展,凝聚100人以上的科研隊(duì)伍,同時(shí)積極向國(guó)家申請(qǐng)建立“天琴計(jì)劃國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目”。預(yù)期建成以后可以使中山大學(xué)成為我國(guó)空間引力科學(xué)最重要研究中心。

  天琴計(jì)劃綜合設(shè)施的第一期工程包括3萬平方米的天琴綜合研究大樓、1萬平方米的山洞超靜實(shí)驗(yàn)室、位于鳳凰山山頂?shù)?千平方米教學(xué)、科研、科普多功能觀測(cè)站。目前珠海市政府已投入約3億元經(jīng)費(fèi)啟動(dòng)天琴計(jì)劃基礎(chǔ)建設(shè),主要負(fù)責(zé)山洞實(shí)驗(yàn)室的挖掘、多功能觀測(cè)站的站址土地平整和上山道路的修建。綜合研究大樓、山洞超靜實(shí)驗(yàn)室的潔凈實(shí)驗(yàn)室工程、多功能觀測(cè)站的基建工程以及各種儀器設(shè)備將另外尋求資金渠道支持。

  未來:將成中方牽頭的國(guó)際合作項(xiàng)目

  據(jù)悉,“天琴計(jì)劃”還是一個(gè)國(guó)際合作項(xiàng)目,將成為中方牽頭的國(guó)際合作項(xiàng)目。目前,LISA計(jì)劃課題組的幾位核心成員非常愿意開展合作,來自德國(guó)、意大利、法國(guó)的頂尖教授也希望成為合作者或者顧問,俄羅斯莫斯科大學(xué)幾名教授已經(jīng)參與合作。

  中大校方表示,“天琴計(jì)劃”用15年~20年的時(shí)間發(fā)射衛(wèi)星上天,實(shí)施時(shí)間比較長(zhǎng),因此需要各方有足夠的耐心。國(guó)外的“LISA計(jì)劃”也預(yù)計(jì)于2034年發(fā)射衛(wèi)星升空,兩個(gè)計(jì)劃在時(shí)間上接近。天琴的實(shí)驗(yàn)技術(shù)方案會(huì)在未來的研究中進(jìn)一步優(yōu)化,以實(shí)現(xiàn)其科學(xué)價(jià)值最大化。

  “天琴計(jì)劃”四個(gè)階段

  0顆星 - 為了滿足天琴衛(wèi)星對(duì)入軌精度的要求,天琴計(jì)劃將首先發(fā)展月球和深空衛(wèi)星激光測(cè)距技術(shù),幫助實(shí)現(xiàn)對(duì)天琴衛(wèi)星毫米級(jí)的定軌精度;

  1顆星 - 空間等效原理檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn):利用一顆衛(wèi)星在約700公里的軌道高度上將等效原理的檢驗(yàn)提升到10-16水平;

  2顆星 - 下一代重力衛(wèi)星實(shí)驗(yàn):利用兩顆衛(wèi)星在約400公里的軌道高度上、借助激光測(cè)距對(duì)全球重力場(chǎng)進(jìn)行高精度測(cè)繪;

  3顆星 - 天琴空間引力波探測(cè)實(shí)驗(yàn):探測(cè)引力波。

  “天琴計(jì)劃”實(shí)施方案時(shí)間表

  (一)2016~2020年:完成月球/深空衛(wèi)星激光測(cè)距、空間等效原理檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)和下一代重力衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)所需關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)。

  (二)2021~2025年:完成空間等效原理檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)和下一代重力衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)工程樣機(jī),并成功發(fā)射下一代重力衛(wèi)星和空間等效原理實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星。

  (三)2026~2030年:完成空間引力波探測(cè)關(guān)鍵技術(shù),完成衛(wèi)星載荷工程樣機(jī)。

  (四)2031~2035年:進(jìn)行衛(wèi)星系統(tǒng)整機(jī)聯(lián)調(diào)測(cè)試、系統(tǒng)組裝,發(fā)射空間引力波探測(cè)衛(wèi)星。

  焦點(diǎn)一:“天琴計(jì)劃”與LISA有什么不同?

  根據(jù)計(jì)劃,天琴將像LISA一樣,采用三顆全同的衛(wèi)星構(gòu)成一個(gè)等邊三角形陣列,每顆衛(wèi)星內(nèi)部都包含一個(gè)或兩個(gè)極其小心懸浮起來的檢驗(yàn)質(zhì)量。三顆衛(wèi)星在太空中的分列圖類似樂器豎琴,故命名為“天琴計(jì)劃”。

  與LISA或eLISA不同的是,天琴的衛(wèi)星將在以地球?yàn)橹行、高度約10萬公里的軌道上運(yùn)行,針對(duì)確定的引力波源進(jìn)行探測(cè)。這樣的選擇能夠避免測(cè)到引力波信號(hào)卻無法確定引力波源的問題,而且有望幫助節(jié)約大量衛(wèi)星發(fā)射方面成本。

  焦點(diǎn)二:發(fā)現(xiàn)引力波還要繼續(xù)“天琴計(jì)劃”嗎?

  美國(guó)科學(xué)家不久前發(fā)現(xiàn)引力波,“天琴計(jì)劃”還有必要進(jìn)行嗎?記者了解到,美國(guó)LIGO的探測(cè)裝置中激光裝置為4公里,但這只是對(duì)進(jìn)入地球的引力波進(jìn)行探測(cè),超出地球范圍的引力波探測(cè)不到,這也是“天琴計(jì)劃”實(shí)施的必要性之一。因?yàn)椤疤烨儆?jì)劃”發(fā)射衛(wèi)星,在地球軌道上探測(cè),可以覆蓋更大范圍,從而探測(cè)到更多波段的不同現(xiàn)象,也就能探出更多的現(xiàn)象。

  “天琴計(jì)劃”相比其他探測(cè)方案,針對(duì)特定的引力波源,可通過天文觀測(cè),也就是說“天琴計(jì)劃”探測(cè)到引力波可以同時(shí)進(jìn)行其他天文觀測(cè),這增加了探測(cè)的準(zhǔn)確性。

  此外,“天琴計(jì)劃”取地球軌道,降低項(xiàng)目的難度,計(jì)劃分四步實(shí)施,每步均有明確的科學(xué)目標(biāo),同時(shí)是下一步的科學(xué)驗(yàn)證,逐步完成技術(shù)驗(yàn)證!半y度比當(dāng)年的阿波羅登月計(jì)劃還大。”羅俊說。

  焦點(diǎn)三:“天琴計(jì)劃”有什么科學(xué)價(jià)值?

  引力波有望為人類描繪一幅全新的宇宙圖像,有望對(duì)天文學(xué)和宇宙學(xué)帶來深遠(yuǎn)的影響。引力波的實(shí)驗(yàn)探測(cè)有助于在極端條件下研究引力理論、研究劇烈的天體物理過程和極端致密天體的物質(zhì)特性、探索超大質(zhì)量黑洞和星系的形成、甚至提供有關(guān)極早期宇宙和量子引力的部分信息等。

  據(jù)悉,“天琴計(jì)劃”不僅僅是基礎(chǔ)研究,發(fā)展起來的關(guān)鍵技術(shù)可用于很多領(lǐng)域,如精確測(cè)量地球重力場(chǎng),使人類更加深刻地了解地球、水資源和礦產(chǎn)資源的分布和變化。又如精確測(cè)量距離,大到兩顆衛(wèi)星之間的距離,小到一個(gè)原子尺度的變化,都可以精確測(cè)算出來。

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  據(jù)介紹,2016年秋季將有多個(gè)新成立學(xué)院落戶中大珠海校區(qū),屆時(shí)將有400多名新引進(jìn)的教師進(jìn)駐校區(qū)。但校區(qū)擬新建的辦公、教學(xué)和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地要到2018年以后才能投入使用。為此,校方?jīng)Q定在荔園14號(hào)樓以西至沕水邊地塊建設(shè)臨時(shí)建筑,取名“海濱紅樓”,用于新進(jìn)駐學(xué)院的行政辦公、教師辦公及實(shí)驗(yàn)教學(xué),預(yù)計(jì)在今年六七月份陸續(xù)投入使用。

  該項(xiàng)目總建筑面積22155.8平方米,共建28棟建筑。其中,學(xué)院行政及教師工作用房共18棟,均為兩層,每個(gè)學(xué)院配置行政辦公用房、教師工作用房各一棟;公共教學(xué)實(shí)驗(yàn)用房共10棟,均為單層,包括生物、化學(xué)、地學(xué)、物理及計(jì)算機(jī)公共教學(xué)實(shí)驗(yàn)室等。

[責(zé)任編輯:郭曉康]

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