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探测空间引力波,“太极一号”来了-sky娱乐

发布时间:2019-10-10  分类:sky代理招商新闻中心  作者:dadiao  浏览:2

侦破太空引力波,“太极一号”即将到来

《经济日报》·中国经济网sky 代理沉辉



“太一”卫星工程总工程师王建宇(左)向代理商介绍了“太极一号”。

本报sky 特工沉辉摄

寻找未知的宇宙,对太空引力波进行探测。不久前,中国科学院航天科学(二期)战略试点科学技术特别发射星——微重力技术实验卫星在酒泉卫星发射中心成功发射,为中国在航天领域的首次突破奠定了基础引力波检测。

作为我国第一颗空间重力波探测技术实验卫星,最近成功发射的微重力技术实验卫星已正式命名为“太极一号”。为什么要去遥远的空间去触摸宇宙节奏的“脉搏”? “太极一号”的亮点是什么?目前的运作情况如何?听听专家怎么说。

  时空涟漪

引力波是近年来科学研究的热点之一。 2012年,科学家在大型强子对撞机实验中发现了神秘的上帝粒子,这表明人类对基本粒子的理解迈出了新的一步。到目前为止,已经找到了由粒子标准物理模型预测的近61个基本粒子,唯一的例外是——。科学家认为,引力波是由引力波组成的,引力是大爆炸起源的关键。

目前,人类可见物质占宇宙总体积的不到5%,也就是说,可以用标准的粒子物理模型解释的物质;超过95%的物质是暗物质和暗能量,仍然覆盖着神秘的面纱。顾名思义,“黑暗”“看不见”,并且不能对光和电流检测装置产生——的电磁波。但是引力波是揭示未知世界和了解宇宙起源的关键,因为暗物质和暗能量都涉及引力效应和引力效应。

简而言之,“引力波提供了不同于电磁波的观测宇宙的新窗口,并成为人类探索和认知宇宙的新途径和工具。” 中国科学院副院长项立斌说。

什么是重力波?它是物质和能量的剧烈运动和变化产生的物质波。如果用水面来描述时间和空间,那么引力波可以看作是时间和空间的尴尬。

爱因斯坦根据广义相对论预测了引力波的存在。 2016年2月,美国激光干涉引力波天文台宣布LIGO(激光干涉仪)探测器观测到了引力波的影响。人们第一次从外层空间听到了——双黑洞。引力波。

“太极一号首席科学家兼副主席吴跃良说:“引力波的发现使人类能够检测到无法通过电磁波观测到的宇宙尺度和新天象。中国科学院大学。

  探测挑战

征服星星和海洋注定是困难的。在日常生活中,任何物质的加速度都可以产生引力波,但是它非常微弱。 吴月良说,如果以2000 rpm的质量快速旋转质量为2000 kg,长度为1 m的哑铃,那么在3米的距离处,我们只能感觉到重力波振幅只有10负35倍。从哑铃。 ang牙——是如此之小,以至于目前人类最敏感的科学仪器都无法测量。

后来,实验物理学家提出了一种解决方案,可通过较大的物体观察引力波效应,例如黑洞汇合。但是,由大质量天体(如黑洞)融合产生的重力波信号在通过宇宙到达地球时非常微弱。吴月良举了一个例子。两颗1.5倍的太阳中子星以1000 rpm的速度旋转以产生引力波。可以在23平方米的23处检测到重力波强度。负20次方。

困难不能阻止人类探索宇宙的决心。在1990年代,美国宇航局和欧洲航天局合作开发了LISA项目。计划探测到的引力波是双星系,超密集双星和大质量物体爆炸。 这是世界上最成熟的空间重力波检测程序。它将在2021年完成关键技术研究,并在2034年发射卫星。

人类已经直接探测到了地球表面时间和空间的束缚。为什么您必须去太空很长一段路程? “与空间重力波检测的波源特性相对应的天体质量和尺度远大于与地面重力波检测所对应的天体。”吴月良告诉《经济日报》的特工,与地面探测不同,太空可以探测低频段和中频段。引力波信号可以探测到具有更大天体质量和更远距离的引力波源,从而揭示了更丰富的天体物理学过程。

“空间检测覆盖了引力波源的最丰富频带。它具有大量可以检测到的天体波源,并且可以长时间观察,这对确定波源的位置。”吴月良进一步解释。

  中国智慧

探索广阔的宇宙,为人类文明的进步贡献更多的中国智慧,中国纲领和中国力量。中国也在行动。 具有代表性的是在2008年开始演示的空间引力波检测“太极计划”。

根据吴月亮的说法,不同频率的引力波反映了宇宙的不同周期和不同的天体物理学过程。 “太极计划”检测频段基本上覆盖了ESA重力波检测频段(0.1 Hz至1.0 Hz),并且在0.01 Hz至1.0 Hz频段中的检测灵敏度高于LISA。我国空间重力波探测的研究对象包括从近到远,从小到大的引力波源,探测范围可以覆盖整个空间。

由于重力波信号非常微弱,因此实现空间重力波检测是一项巨大的挑战,有必要突破目前人类精密测控技术的局限性。涉及的核心技术包括高精度超稳定激光干涉仪,重力参考传感器,微负推力器,超稳定和超静音卫星平台。

根据“太极计划”,中国制定了“单星,双星和三星”和“三步走”的发展战略和路线图。 2018年8月,该项目实施了“太极计划”单星。工程任务是“三步走”的第一步:发射“太极一号”卫星,验证在轨核心技术的可行性和实施,然后形成探测太空引力波的技术能力。

时间不会丢失。 “太极一号”研究小组全力以赴,攻坚克难,勇于突破,与创新合作,并在不到一年的时间内完成了卫星研制任务。 8月31日,中国第一颗空间引力波探测技术实验卫星——微重力技术实验卫星“太极一号”成功发射。

“卫星在轨测试正在有序进行。当前卫星状态正常,并且在轨测试任务的第一阶段已成功完成。”吴月良介绍说,中国已经成功地进行了第一个空间引力波探测。步骤,实验结果验证了“太极计划”技术路线的正确性和方案的可行性。

  太极计划

根据“太极一号”第一阶段在轨测试和数据分析结果,激光干涉仪位移测量精度达到百皮米量级,百皮米相当于一个原子直径的大小;引力参考传感器测量精度达到地球重力加速度的百亿分之一量级,这意味着可以测出一只蚂蚁推动“太极一号”卫星产生的加速度;微推进器推力分辨率达到亚微牛量级,这表示可以精细调节一粒芝麻重量万分之一大小的推力。

如此苛刻的测量精度只为发现引力波的踪迹。按照引力波测量原理,引力波经过时会引起自由悬浮的两个测试质量(理想情况下可以看成两个质点)之间的光程变化。科学家们正是通过激光干涉仪来测量这个光程变化,从而来反演引力波信号。

但由于引力波信号极其微弱,因此会带来两个问题:一是引力波引起的光程变化非常小,因而对激光干涉仪的测量精度提出了极高要求。二是如果测试质量暴露在外太空,受到太阳光压、太阳风等因素扰动,测试质量会产生扰动加速度,从而产生位移噪声,很容易把引力波信号淹没。因此,科学家们将测试质量保护在卫星中心,与卫星没有直接物理接触,使其不受外界扰动,测试质量就会处于自由漂移状态。

但如此一来,外界扰动就会作用在卫星上,使卫星产生位移扰动,时间一长,卫星与测试质量会碰撞到一起。 怎么办?科学家们通过位移传感器(电容位移传感或者光传感)时刻读出卫星和测试质量之间的位移变化,反馈给安装在卫星上的微推进器,微推进器会产生准确且稳定的推力,将卫星受到的外界扰动力补偿掉,从而始终保持测试质量和卫星间的位移处于平衡状态。

“‘太极一号’实现了我国迄今为止最高精度的空间激光干涉测量,成功开展了我国首次在轨无拖曳控制技术试验,并在国际上首次实现了微牛级射频离子和双模霍尔电推进技术的在轨验证,这为我国在空间引力波探测领域率先取得突破奠定了基础。”中国科学院院士、“太极一号”卫星工程总师王建宇表示。

一切才刚刚开始。根据王建宇的说法,要达到空间引力波探测的技术条件可能还需要10年。 比如,在现有技术基础上,激光干涉仪位移测量精度、微推进器推力精度要提高一个量级,引力参考传感器测量精度还要提高6个量级。

“‘太极计划’要实现对相距300万公里的两个测试质量之间十分之一个原子大小位移变化的精确测量,对扰动加速度需控制在亿亿分之一重力加速度的水平,还需要突破更核心的关键技术。”吴岳良表示。

如今,一切正朝着既定方向发展。按照“太极计划”,我国将于2023年后发射“太极二号”双星,对绝大部分关键技术开展较高指标在轨搭载验证;2033年左右发射“太极三号”三星,探测各种引力波天体,认识引力宇宙。