太極計劃,中國發射衛星探測宇宙引力波

2020-12-05 溯源時空宇宙

在最近的中國航天大會上,我國公布了「太極計劃」的最新進展,「太極計劃」就是發射三顆圍繞太陽運轉的衛星,用來探測宇宙空間中的引力波信息。

第一顆衛星在2019年8月份已經發射升空,第二顆衛星預計在2024年發射升空,直到2033年將完成三顆衛星的部署。

人類最是在2015年9月14日發現引力波這種時空漣漪的信息,通過地面上的大型引力波探測器LIGO探測到了引力波,這是一個值得被載入史冊的日子,並且這一年正好是愛因斯坦發表廣義相對論的一百周年整。

從此以後,人類不再只用眼睛去看宇宙,而是又多了一種感官去感受宇宙的深邃,就像天生聽力失聰的人突然獲得聽力。

LIGO引力波探測器是由兩條分別長達四公裡並且互相垂直的幹涉臂構成,其中有兩條光路,這兩條光路都是四公裡長,沿著每條臂傳播的雷射束在末端反光鏡處被反射。

眾所周知引力波實質上就是時空扭曲,那麼當引力波經過時,雷射束在兩臂傳播時間會不相同,所以雷射信號回到中心產生的幹涉條紋也會發生變化,通過幹涉條紋產生的變化加以分析就可以探測出引力波的情況。

為什麼中國要發射衛星而不是在地面上製造一個與LIGO差不多的儀器呢?

太極計劃中有一個被大眾忽視的關鍵詞,就是太極計劃可以探測低頻引力波。

雖然長達4公裡的LIGO已經是一個非常大的實驗儀器了,但對於引力波探測來說,LIGO能夠獲取的引力波信息太少了。

引力波探測器能探測到的引力波的頻率大致等於臂長乘以反射次數除以光速,4公裡的臂長導致LIGO所能探測到的引力波的頻率、波長範圍有限,只能探測到頻率在毫米範圍內的引力波。

這樣的引力波頻率非常高,說明它的能量應該非常大, 必須由大質量天體事件產生。也就是說LIGO只能夠探測到黑洞合併這樣的的引力波信息,也只有這樣大質量天體合併產生的動靜LIGO才能探測到。

太極計劃發射到地球繞日軌道的三顆衛星互相之間相距三百萬公裡,是LIGO的75萬倍,理論上能夠探測到比LIGO探測到引力波弱75萬倍的引力波信息,這樣就能夠獲得更多宇宙空間信息。

這三顆衛星對於引力波更為敏感,可以發現小質量黑洞的合併、中子星的合併事件,還有高度不對稱的超新星也會產生引力波,合併的白矮星也會產生引力波,這些都是目前LIGO探測不到的。

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