在太空奏響引力波的中國(guó)樂章
2月初,中山大學(xué)珠海校區(qū)的校園里掛起了大紅燈籠,大多數(shù)老師和同學(xué)們已陸續(xù)返鄉(xiāng)過(guò)春節(jié)。在中山大學(xué)天琴中心的實(shí)驗(yàn)室里,有這樣一群年輕人,他們?cè)诿β抵卸冗^(guò)龍年春節(jié)。
劉琳霞工程師就是其中的一員,她所負(fù)責(zé)的光學(xué)平臺(tái)鏡片粘接實(shí)驗(yàn)正在緊張進(jìn)行中。作為實(shí)現(xiàn)空間引力波探測(cè)的核心組件,光學(xué)平臺(tái)的研制是其中需要攻克的關(guān)鍵技術(shù)之一。
“光學(xué)平臺(tái)需要粘接的鏡片和組件分為幾十個(gè)步驟,每一步都需要在潔凈間中進(jìn)行。特別是鏡片的粘接,是將表面凹凸高度差不超過(guò)1%頭發(fā)絲的玻璃片,在幾十秒內(nèi)完成精準(zhǔn)的定位和粘接,每一步粘接前的調(diào)裝工作都要花費(fèi)幾天時(shí)間?!眲⒘障颊f(shuō),“實(shí)驗(yàn)過(guò)程中任何一個(gè)步驟的粘接精度達(dá)不到要求,前面所有的工作都會(huì)前功盡棄?!?/p>
為了在規(guī)定的時(shí)間節(jié)點(diǎn)前按精度要求完成實(shí)驗(yàn)任務(wù),實(shí)驗(yàn)室的老師和學(xué)生都放棄了周末和假期的休息時(shí)間。
像劉琳霞這樣堅(jiān)守在科研一線的師生還有很多,是他們對(duì)理想信念的堅(jiān)守,對(duì)科研報(bào)國(guó)的熱忱,使天琴計(jì)劃得以順利推進(jìn)。
“我們團(tuán)隊(duì)近期的一個(gè)研究重點(diǎn)是如何提高天琴引力波數(shù)據(jù)分析的實(shí)時(shí)性?!敝猩酱髮W(xué)天琴中心副教授胡一鳴介紹,天琴的一個(gè)重要觀測(cè)對(duì)象是大質(zhì)量黑洞的并合。
近年來(lái),許多國(guó)際同行的研究表明,在這些宇宙中的“巨無(wú)霸”并合時(shí),可能會(huì)發(fā)出轉(zhuǎn)瞬即逝的電磁信號(hào)。將天琴的引力波探測(cè)與電磁波觀測(cè)相結(jié)合,可以全方位、立體式地感知黑洞并合的瞬間,進(jìn)而有望解答大黑洞起源、引力本質(zhì)等眾多核心科學(xué)問(wèn)題。而這一切的成立依賴于引力波數(shù)據(jù)分析的實(shí)時(shí)性。
胡一鳴說(shuō),天琴繞地軌道的選取使得引力波數(shù)據(jù)可以快速、實(shí)時(shí)地傳輸?shù)降孛?,?wèn)題的瓶頸就在于如何快速、實(shí)時(shí)地完成對(duì)數(shù)據(jù)的分析。如果沿用傳統(tǒng)方法,這一過(guò)程耗時(shí)良久,往往需要在超級(jí)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行數(shù)天之久。但在天琴團(tuán)隊(duì)的共同努力下,他們已經(jīng)可以做到在小時(shí)量級(jí)內(nèi)更新分析結(jié)果。
據(jù)了解,天琴有望提供大量無(wú)法通過(guò)其他探測(cè)手段獲取的信息,對(duì)于揭示大質(zhì)量黑洞的起源與成長(zhǎng)歷史、宇宙膨脹、引力與黑洞本質(zhì)等都有非常重要的意義,并有可能發(fā)現(xiàn)目前無(wú)法預(yù)料的新物理,將對(duì)天文學(xué)、物理學(xué)研究產(chǎn)生顯著的推動(dòng)作用。
天琴計(jì)劃的開展需要攻克一系列關(guān)鍵核心技術(shù),將能夠推動(dòng)我國(guó)高精度空間探測(cè)載荷及衛(wèi)星技術(shù)跨越式發(fā)展,其技術(shù)進(jìn)步在地球重力場(chǎng)測(cè)量等方面有重要的應(yīng)用,具有重大的戰(zhàn)略價(jià)值。
目前,天琴中心衛(wèi)星平臺(tái)技術(shù)研究室的師生仍在繼續(xù)進(jìn)行項(xiàng)目的推進(jìn)。
中山大學(xué)天琴中心特聘副研究員劉建平告訴中青報(bào)·中青網(wǎng)記者,在寒假期間,團(tuán)隊(duì)依然保持科研不間斷,堅(jiān)持實(shí)驗(yàn)測(cè)試與組會(huì)討論,確保項(xiàng)目進(jìn)度的穩(wěn)步推進(jìn)。空間引力波探測(cè)任務(wù)對(duì)超靜超穩(wěn)衛(wèi)星平臺(tái)提出了前所未有的苛刻要求。課題組成員們靜心鉆研,分工協(xié)作,“我們會(huì)繼續(xù)努力,全力推進(jìn)衛(wèi)星平臺(tái)相關(guān)技術(shù)的研究、測(cè)試與驗(yàn)證,助力天琴盡早在太空奏響引力波的樂章”。
天琴計(jì)劃是中國(guó)科學(xué)院院士羅俊于2014年提出的空間引力波探測(cè)計(jì)劃。該計(jì)劃預(yù)期于2035年前后在約10萬(wàn)公里高的地球軌道上,部署3顆全同衛(wèi)星構(gòu)成邊長(zhǎng)約為17萬(wàn)公里的等邊三角形星座,建成空間引力波天文臺(tái),打開0.1mHz-1Hz的引力波探測(cè)窗口,回答宇宙重大質(zhì)量黑洞起源等重大科學(xué)問(wèn)題,為人類揭開更多宇宙奧秘。
據(jù)介紹,天琴計(jì)劃按照“0123”技術(shù)路線圖推進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)步和保障引力波探測(cè)任務(wù)的實(shí)現(xiàn)。各階段的數(shù)字代表需要發(fā)射的衛(wèi)星數(shù)量。
具體來(lái)說(shuō),第“0”步,進(jìn)行月球激光測(cè)距實(shí)驗(yàn),研制新一代激光測(cè)距反射器,新建激光測(cè)距臺(tái)站;第“1”步,“天琴一號(hào)”技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星于2019年12月20日成功發(fā)射,實(shí)現(xiàn)我國(guó)空間引力波探測(cè)核心技術(shù)量級(jí)提升,并在國(guó)內(nèi)首次利用國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲得全球重力場(chǎng)模型;第“2”步,“天琴二號(hào)”技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星完成關(guān)鍵技術(shù)地面驗(yàn)證,預(yù)計(jì)于2026年前后發(fā)射雙星進(jìn)行在軌試驗(yàn);第“3”步,“天琴三號(hào)”引力波探測(cè)衛(wèi)星項(xiàng)目相關(guān)工作順利推進(jìn),完成對(duì)天琴主要科學(xué)目標(biāo)的第一輪評(píng)估,解決地月系重力場(chǎng)的潛在影響等問(wèn)題。
記者在采訪中了解到,天琴計(jì)劃基礎(chǔ)研究設(shè)施已全部建設(shè)完成,布局形成了“一個(gè)中心+三個(gè)臺(tái)站”,為天琴計(jì)劃的實(shí)施提供有力保障。
中青報(bào)·中青網(wǎng)記者 林潔 來(lái)源:中國(guó)青年報(bào)
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