“天琴计划”落子深圳：中国加速探索引力波 商业前景几何？

本报记者 戴春晨 实习生 柳雪帅 广州、深圳报道

导读

与历史上众多科学发现一样，引力波还难言运用在具体的场景之中；但毫无疑问，天琴计划的推进将带动一批科学技术的发展。目前，天琴计划运用的激光测距、大数据算法等有望得到发展，并在商业上大展拳脚。

感知浩瀚无垠的宇宙，是人类千百年来孜孜以求的梦想。这梦想既动人又曲折——面向头顶上的星空，从来都是只能远观而不能“聆听”。宇宙之于人类而言就是一片寂静。

然而，宇宙天体并不是“无声”的，如同石头落下池塘会激起水花和涟漪一般，宇宙的时空运动也会激起“时空的涟漪”，但人类无法感知宇宙这种“水滴的声音”。直到2015年9月14日，天文学家终于捕捉到“宇宙的声音”。

这种特殊的“声音”，与数百年来人类已发现和运用的光波、电磁波不同，天文学家称之为“引力波”。至2017年10月16日，LIGO（ The Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory，激光干涉仪引力波天文台）首次发现双中子星并合引力波事件。这使得人类第一次“听”到宇宙的声音——LIGO 团队将监测到的引力波“编译”成一段不足1秒钟的“噗”的一声。

在全球探索引力波的梦想之旅中，有一批中国科学家的身影。在珠江口，由中国科学院院士、中山大学校长罗俊领衔的中山大学团队，正在进行一项雄心勃勃的引力波探测工程——“天琴计划”。

7月30日，中山大学宣布，“天琴计划”空间引力波探测地面模拟装置重大科技基础设施正式立项。项目建设选址该校新落成的深圳校区，建设总投资预算超过10亿元人民币。至此，启动于2015年7月的天琴计划，继激光角反射器5月“搭乘”嫦娥四号“鹊桥”号中继卫星后，又一次摁下实质性的加速键。

这项投入重金的科学实验，将如何影响人类的生活场景？

与历史上众多科学发现一样，引力波还难言运用在具体的场景之中；但毫无疑问，天琴计划的推进将带动一批科学技术的发展。目前，天琴计划运用的激光测距、大数据算法等有望得到发展，并在商业上大展拳脚。

捕捉引力波

“天琴”，这一名字让人联想到乐器中造型精美的竖琴。按照设计，“天琴计划”主要由连成等边三角形排列的三颗卫星组成，卫星的轨道如同三条琴弦，因而称之为“天琴”。“天琴计划”涉及的总投资约150亿人民币，预期在15至20年内发射。

这是一个复杂的系统工程，既包括太空的基础设施，也包括一系列地面的重大科学装置，可谓是“天地互动”。这一重磅工程，正在快速推进。

据悉，“天琴计划”地面模拟装置是“天琴计划”的重要组成部分，设施以服务未来空间引力波探测为核心目标，通过建设空间复杂环境模拟系统、超高精度惯性基准模拟系统、长基线激光干涉测量模拟系统、数值仿真与数据应用系统四大系统。

业内人士分析认为，这一项目将形成对空间引力波探测进行全系统模拟的能力，为解决空间引力波探测面临的系列核心技术难题，提供大型复杂科学系统支撑。这包括高精度惯性基准、超远距离星间测距、太空复杂环境影响的精确评估以及多自由度编队控制。

也就是说，在地面的“模拟”完善后，中山大学团队将在太空的“实地”进行“实操”。

这也是广东省首个自主提出、自主建设的重大科技基础设施，建设选址在中山大学深圳校区，总投资预算超过10亿元人民币。

除前述的地面模拟装置外，“天琴计划”还包括载荷研究基地、系列实验卫星等任务。其中，载荷研究基地位于中大珠海校区，该项目主要包括关键技术和载荷的研发与测试。

值得注意的是，5月21日发射成功的“鹊桥”号中继卫星，携带天琴计划团队研制的激光角反射器，并计划于明年初进行人类首次超过地月距离的激光测距实验，迈出引力波探测“天琴计划”的实操第一步。

值得注意的是，“天琴计划”并不是中国探索引力波的唯一计划。同时在研究引力波的还有中国科学院发起的“太极空间计划”。而在 LIGO 发现双中子星并合引力波事件的过程中，中国的第一颗空间硬X射线调制望远镜卫星“慧眼”的监测也做出了巨大的贡献。

而在全球层面，目前探索引力波的除了LIGO，还有欧洲的 LISA 计划。该计划预计于2034年发射，这相当于把一个放大60万倍的LIGO送上太空。这与天琴计划的发射时间相近。

罗俊表示，我国空间引力波探测正面临约15年的关键时间窗口。欧洲的LISA计划预计在2034年发射，而“天琴计划”相比LISA在30mHz以上的高频段更灵敏，对多波段引力波天文学更有优势，并计划将在2030年前后发射3颗卫星，组成空间引力波观测系统，对宇宙中广泛存在的中低频引力波展开探测。

商业化前景

200多年前，一位官员在观看了法拉第的电动机表演的时候，很不客气地反问道：“这样的东西会有什么用？”法拉第回答：“我想在将来的某一天，您一定会向它收税的。”

这是历史上许多科学发现都遇到过的问题。如今，无论是 LISA 计划还是天琴计划，都会面临着市场的追问——它有什么用？它能够使生活变得更美好？巨额投入去探究一个看不见摸不着的“引力波”，投入的钱是否也像投进水中的石头一样，除了泛起涟漪有个声响，什么都不剩？

如今，法拉第发现的电磁定律已经广泛应用在各行各业。电磁波虽然看不见摸不着，但凭借法拉第等前人的智慧，人们已将其植入工作与生活的工具之中。作为最近几年才被“捕捉”到的引力波，其未来会像电磁波一样有很好的商业前景吗？

很可惜，因为过于“基础”，至少从现在的情况看，引力波商业化仍非常遥远。与电磁波不同，尽管两个距离超远的星体依旧存在引力波而且不受干扰，但引力波功率太弱，很难监测。这一特点既是优点，又是天生的缺陷。

罗俊曾经举例说，在宇宙中，光波的传输相当于有人在屋子里走动，而引力波则是屋子架构本身细微的振动。

引力波探测的价值在于，引力波拓展了人类感知宇宙的边界，过往人类只能“看”宇宙，现在可以“听”。综合运用电磁波、光波、引力波等多种方式，人类或许能更加清楚地感知宇宙。因而，科学家有一个判断，引力波探测的突破，将使得“多信使天文学”迎来新的时代。