空间引力波探测综述与拟解决的科学问题

空间引力波探测将为人类探索宇宙打开中低频段（0.1 m Hz～1 Hz）引力波观测的新窗口，这个频段的引力波事件被认为具有更重要的天文学、宇宙学以及物理学意义。其典型的波源包括超大和中等质量黑洞双星的并合、极端和中等质量比黑洞双星的绕转、银河系内数以百万计的致密双星系统以及随机引力波背景等，为研究宇宙起源与演化、黑洞形成与结构、引力和时空本质、暗能量和暗物质属性等提供了全新的方法和手段。21世纪以来，欧美联合的LISA计划成功发射了技术验证卫星LISA探路者，目前LISA计划已进入工程实施阶段，中国太极计划和天琴计划也相继发射了技术实验卫星太极一号和天琴一号，标志着空间引力波探测进入了全新的发展阶段。本文主要概述近年来国内外发展态势，详细凝炼空间引力波探测与研究的科学目标和未来发展的重点领域，系统优化引力波天文学、引力波物理学以及引力波宇宙学等相关学科布局，重点阐述推进空间引力波探测与研究的重要意义和发展战略。     

听，天体的声音

正假如一个年轻人,他觉得自己一生的目的就是要做革命性的发展的话,他应该去学习天文物理学。——杨振宁2019年8月14日,人类再次探测到引力波。对引力波的直接观测开始于4年前,截至今天的每一次发现,都是新颖的,都是令人兴奋的新闻,至少值得科学家兴奋。以前探测到的引力波要么来自两个黑洞的并合,要么来自两个中子星的并合,但2019年8月14日这次不一样,这次引力波来自一个黑洞和一个中子星的并合。这三种引力波事件,构成了一种新型的观测天文学——引力波天文学。     

中国空间引力波探测“太极计划”及“太极1号”在轨测试

我国空间引力波探测"太极计划"将打开中低频段(0.1 mHz～1 Hz)的引力波观测窗口,为人类研究宇宙起源与演化、黑洞起源与演化、引力本质、暗能量和暗物质等提供全新的方法和手段。由于空间引力波探测涉及一系列关键技术,太极计划提出了"单星""双星"和"三星"3步走的发展路线图。目前"单星"计划——"太极1号"发射成功,并圆满完成了第一阶段的在轨测试。本文将简要介绍空间引力波探测的科学价值、国内外背景和关键技术分解,重点对太极计划及其3步走发展规划进行分析,并提出后续工作的一些设想和发展建议。     

“引力波暴高能电磁对应体全天监测器”卫星任务概况

正天文学是一门观测驱动的科学,天文学的重大进展往往源自于新的观测发现。2015年9月14日,美国激光干涉引力波天文台(LIGO)首次直接探测到来自双黑洞并合的引力波信号,开辟了人类探索宇宙奥秘的新窗口,该发现完成了爱因斯坦广义相对论的最后一块拼图,揭开了引力波天文学时代的序幕。引力波发现之后,伴随引力波产生的电磁辐射(即引力波电磁对应体)的探测研究变得更加重要和紧迫。鉴     

人类首次“看到”引力波

正2017年10月16日,全球多国科学家同时举行新闻发布会,宣布人类首次探测到来自双中子星并合产生的引力波及其电磁信号。这是人类首次"听到"且"看到"引力波,标志着多信使天文学迈入一个崭新的时代。引力波是由黑洞、中子星等碰撞产生的一种时空涟漪,通俗来说,就像是将石头丢进水里而产生的波纹。百余年前,著名物理学家     

“抓捕”引力波“太极一号”在行动

正2019年8月,我国首颗空间引力波探测技术实验卫星——"太极一号"发射成功,今年1月8日,该星被正式交付中国科学院大学。这是我国第一次开展的空间引力波探测技术实验,也是登顶国际空间引力波探测领域的科研高峰、抢占科技制高点的重要抓手,对助力我国基础科学取得重大突破具有重要意义。     

人类首次探测到双中子星并合事件产生的引力波

正包括中国在内的多国科学家2017年10月16日联合宣布,人类第一次直接探测到来自双中子星并合产生的引力波以及伴随的电磁信号。这一事件正式开启了以多种观测方式为特点的多信使天文学(multi-messenger astronomy)。由4600余位作者合作完成的研究论文发表在The Astrophysical Journal Letters上。     

宇宙中最怪异的东西

引力波是根据爱因斯坦广义相对论预言的时空结构的变形。引力波以光速传播，但是引力波的强度很微弱，以至于科学家只能探测被强烈宇宙事件制造的引力波。     

引力波：“天琴”启航待你奏鸣

正2019年12月20日,伴随着长征四号乙运载火箭的升空,我国"天琴"引力波探测计划首颗技术验证卫星——"天琴一号"技术试验卫星成功启航,开启了它的宇宙探索之旅。"天琴计划"是由中山大学校长、中国科学院院士罗俊提出,以中国为主导的国际空间引力波探测计划。"天琴     

航天大会主论坛聚焦发展战略与关键技术

正北斗系统、火星探测、载人登月、空间引力波探测太极计划……9月18日,2020年中国航天大会开幕式结束后,作为中国航天大会规模最大、水平最高、影响最深的核心活动,主论坛邀请15位专家和领导作特邀和主旨报告,共同研讨我国航天发展战略布局、关键核心技术突破、"海上丝绸之路"空间信息产业发展、全球航天与开放合作等热点焦点问题。     

天琴奏响,空间引力波探测技术验证传来佳音——访天琴一号技术试验卫星总设计师张立华

正2019年12月20日,"天琴"引力波探测计划的首颗技术验证卫星——天琴一号成功发射,开启了它的空间引力波探测技术探索之旅,经过6个月的在轨测试和试验,目前已圆满完成了各项试验任务,实现了对未来空间引力波探测任务进行部分关键技术验证的任务目标。在轨试验任务成功后,天琴一号卫星总设计师张立华接受了本刊记者的专访。     

引力波探测科学任务关键技术

介绍了引力波的基本概念,叙述了引力波产生的原因;调研了国内外地面和空间引力波探测的典型任务,并分析指出了地面与空间引力波探测任务的区别;分析了空间引力波探测任务的相关关键技术,阐释了空间引力波探测未来的技术发展方向;指出引力波探测任务的实施,对惯性导航、地球科学、高精度卫星平台建设等应用领域也将发挥积极的作用,对提升我国空间科学和深空探测的技术水平具有重要意义。     

来自宇宙的“蝈蝈声”——引力波

正北京时间2月11日23点30分,美国国家科学基金会在华盛顿特区国家媒体中心宣布:人类首次直接探测到了引力波!一时间,引力波疯狂刷屏朋友圈,甚至出现了一批"A股概念股"。该引力波(GW150914)是美国"激光干涉引力波天文台"(LIGO)两台孪生引力波探测器探测到的。两颗初始质量分别为29颗太阳和36颗太阳的黑洞,合并成了一颗62倍太阳质量高速旋转的黑洞,亏损的质量以强大引力波的形式释放到宇宙空间,经过13亿年的漫长旅行,于2015     

精密热控技术在太极一号卫星上的应用

为探测空间引力波，中国科学院提出了太极计划，其第一步是通过近地轨道卫星太极一号对核心载荷的关键技术进行验证.由于温度稳定性直接影响干涉仪测距和加速度的测量精度，太极一号卫星提出了（T±0.1）K的高精度、高稳定度温控指标.针对该指标要求设计热控方案，从热组件的选取到单机设备的应用均依照高指标进行控制.为了保证方案实施的有效性，在热设计实现过程中进行了详细的控制.热控方案采用“恒温笼”的设计思路以及三级控温方式，采取主动与被动相结合的原则，实现了在轨飞行（T±0.005）K的高稳定性温控指标.通过对高精度、高稳定度技术的应用研究发现，热控加热方案、漏热控制、控温仪单机的分辨率、测温电路、控制算法、控制精度、测温元件的测温分辨率仍然是制约高精度控温技术的重要因素.      

太阳系天体引力对空间引力波探测日心编队构型的影响分析

针对太极空间引力波探测任务，建立了太阳系天体引力摄动对日心编队构型影响的数学模型，利用仿真手段分析了太阳系中行星和月球、矮行星和小行星引力摄动对空间引力波探测日心编队构型的影响，提出了一种综合考虑小行星到卫星轨道距离和星等的二重筛选方法，能够快速估计小行星相对加速度的上界.分析了日心编队构型卫星初始相位角变化对太阳系天体引力摄动的影响.仿真结果表明，在行星和月球中，地球、金星和木星引力对空间引力波探测编队构型影响较大，行星和月球的引力叠加影响达到-2.78×10-11km·-2.矮行星的引力叠加影响不大于1.25×10-17km·-2，小行星引力的叠加影响不大于1.1180×10-15km·-2.另外，编队卫星受到的太阳系天体引力摄动对编队构型卫星初始相位角的变化不敏感.      

引力波之波

正2月11日,美国科研人员宣布利用激光干涉引力波天文台(LIGO)于去年9月首次探测到引力波,从而印证了著名物理学家爱因斯坦100年前的预言。有人如此形象地解释"引力波":如同石头丢进水里产生的波纹一样,引力波被视为宇宙中的"时空涟漪"。此次探测到的引力波虽然极其微弱,但它引起的反响却极为强烈,掀起的绝非层层"涟漪",而是层层"巨浪"。     

欧洲成功发射“激光干涉仪空间天线探路者”探测器

<正>1引言2015年12月3日,欧洲航天局(ESA)的"激光干涉仪空间天线探路者"(LISA Pathfinder,以下简称"探路者")探测器由"织女星"(Vega)运载火箭发射升空,该探测器将测试空间引力波探测所需的技术。引力波的概念源于爱因斯坦的广义相对论,其中一项重要的预言就是存在引力波。引力波是物质运动或物质体系的质量分布发生变化时产生的一种     

2020年全球重要空间科学发射任务

2020年全球重要的空间科学发射任务约10次，主要集中在行星科学，包括4次火星探测和1次月球探测。中国GECAM卫星、欧洲太阳轨道探测器以及嫦娥五号和火星探测等任务都计划发射升空，为开展空间引力波研究、太阳爆发机制、行星起源和演化等科学前沿取得发现奠定重要物质技术基础。      

LISA引力波探测任务正式成为ESA第三个大型空间任务

<正>欧洲空间局(ESA)科学计划委员会2017年6月20日确认探测空间引力波的激光干涉仪空间天线(LISA)任务为ESA宇宙憧憬(Cosmic Vision)空间科学规划下的第三个大型任务(L3)。LISA任务预计于2034年发射,总预算高达10亿欧元。NASA也将参与LISA任务的设计、开发、运行和数据分析工作。2016年美国激光干涉引力波天文台(LIGO)     

宇宙探索七、引力波探秘

我们都知道电磁波，那是物体的电磁辐射，静止的电磁场辐射电磁波，加速运动的电荷也会辐射电磁波，加速运动的电荷也会辐射电磁波。我们也知道，物体都有引力，会产生引力场，爱因斯坦在发表广义相对论后不久，预言引力场具有波动性质的引力振荡，加速运动的质量（引力源）也辐射引力波。由于电磁波是由光子传递的，爱因斯坦假定引力波是由引力传递的。