美國(guó)當(dāng)?shù)貢r(shí)間2月14日，激光干涉引力波天文臺(tái)（LIGO）宣布獲得新一輪升級(jí)經(jīng)費(fèi)。升級(jí)版的“先進(jìn)LIGO PLUS”工程預(yù)計(jì)將于2024年啟動(dòng)，深空探測(cè)范圍擴(kuò)大7倍。

其中，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF）授予LIGO的兩個(gè)運(yùn)營(yíng)方加州理工學(xué)院和麻省理工學(xué)院2040萬(wàn)美元，英國(guó)研究與創(chuàng)新中心（UKRI）則提供1410萬(wàn)美元。此外，澳大利亞研究理事會(huì)也貢獻(xiàn)了一部分經(jīng)費(fèi)。

美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)在一份聲明中說道，項(xiàng)目升級(jí)將確保LIGO能在未來(lái)十年內(nèi)繼續(xù)領(lǐng)跑引力波科學(xué)。升級(jí)內(nèi)容包括精校激光的量子技術(shù)和新型鏡面涂層技術(shù)等。“LIGO探測(cè)到的引力波數(shù)量和強(qiáng)度都將顯著增加。先進(jìn)LIGO PLUS將展示宇宙中最極端環(huán)境里的最強(qiáng)引力和最密物質(zhì)，揭秘超新星的內(nèi)心，告訴我們宇宙誕生數(shù)秒內(nèi)的極端物理。”

LIGO執(zhí)行主任大衛(wèi)·雷澤（David Reitze）認(rèn)為，升級(jí)后的LIGO每天都能探測(cè)到由黑洞并合產(chǎn)生的引力波，將大大增加人類對(duì)宇宙的理解。而目前比較罕見的中子星并合事件，將被更頻繁地觀測(cè)到。

英國(guó)研究與創(chuàng)新中心則表示，除了為美國(guó)的兩座LIGO天文臺(tái)升級(jí)做投資，英國(guó)還將支持印度建設(shè)一座類似的引力波天臺(tái)。印度版LIGO（INDIGO）預(yù)期在2025年上線，與先進(jìn)LIGO PLUS的完成時(shí)間相差不遠(yuǎn)。再加上意大利已在運(yùn)行的Virgo和日本即將竣工的KAGRA，屆時(shí)，全球 5臺(tái)引力波天文臺(tái)將組成網(wǎng)絡(luò)。

時(shí)空的漣漪

引力波是愛因斯坦廣義相對(duì)論中的重要推論，被形象地比喻為“時(shí)空的漣漪”。時(shí)間和空間會(huì)在質(zhì)量面前彎曲，時(shí)空在伸展和壓縮的過程中，會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)傳播開來(lái)，這些振動(dòng)就是引力波。不過，這些信號(hào)傳遞到地球上是很微弱的，就連愛因斯坦本人也想象不到，能通過怎樣的方法探測(cè)到引力波。

LIGO激光干涉引力波探測(cè)儀的基本思路是這樣的：兩條長(zhǎng)度相同的探測(cè)臂呈L型放置，在L中間的拐點(diǎn)處放置激光源，沿兩條管子各發(fā)射一束激光，而在兩臂的末端放置一面鏡子來(lái)反射激光。在真空中，兩條同時(shí)發(fā)射的光束應(yīng)該同時(shí)返回中間拐點(diǎn)相逢，在干涉作用下，光束不會(huì)抵達(dá)光電探測(cè)器。但如果有引力波穿過探測(cè)儀，兩條真空管中的空間會(huì)出現(xiàn)微小的拉伸與壓縮，兩條光束就會(huì)出現(xiàn)光程差，從而外泄到光電探測(cè)器上。

2015年，位于華盛頓州和路易斯安那州的兩個(gè)L型觀測(cè)臺(tái)正式運(yùn)行，不久后就成功探測(cè)到由兩個(gè)黑洞碰撞產(chǎn)生的引力波，完成廣義相對(duì)論的最后一塊拼圖，轟動(dòng)國(guó)際學(xué)界。

三位LIGO功勛也憑此成果摘得了2017年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

此后，LIGO陸續(xù)探測(cè)到了另外8次黑洞并合事件和1次中子星碰撞事件。2017年10月16日，LIGO觀測(cè)到正在并合的中子星雙星系統(tǒng)，全球各大天文臺(tái)紛紛用望遠(yuǎn)鏡跟進(jìn)追蹤，引爆了第二波引力波科學(xué)盛會(huì)。

這次事件標(biāo)志著天文學(xué)正式進(jìn)入引力波時(shí)代。科學(xué)家不僅可以通過光學(xué)望遠(yuǎn)鏡來(lái)“看”見宇宙，亦可用引力波探測(cè)器“聽”到宇宙。

國(guó)際合作陣容顯雛形

由法國(guó)、意大利、荷蘭、波蘭、匈牙利和西班牙6國(guó)科學(xué)家共同參與的歐洲Virgo引力波天文臺(tái)則于2003年在意大利比薩附近的小鎮(zhèn)卡希納落成。

經(jīng)過多年的升級(jí)改造，“先進(jìn)Virgo”天文臺(tái)在2017年8月聯(lián)合LIGO探測(cè)到一次黑洞碰撞引力波事件。

第三個(gè)觀測(cè)臺(tái)的加入使探測(cè)精度大大提高，鎖定的事件發(fā)生區(qū)域只有60平方度，比只有LIGO的兩個(gè)觀測(cè)臺(tái)時(shí)縮小了10倍。

在亞洲方面，日本先行一步，神岡引力波探測(cè)設(shè)施（KAGRA）于2010年正式啟動(dòng)，位于日本富山市岐阜縣神岡山中。這將是國(guó)際上首個(gè)低溫地下引力波探測(cè)器。

神岡引力波探測(cè)設(shè)施的建設(shè)目前已經(jīng)進(jìn)入尾聲階段，預(yù)計(jì)將在今年年底正式運(yùn)行并參與LIGO-VIRGO國(guó)際聯(lián)測(cè)。

印度原子能部和科技部則在2016年3月與LIGO簽署了一份合作備忘錄。根據(jù)該協(xié)議，加州理工學(xué)院和麻省理工學(xué)院將為印度提供LIGO的完整硬件和設(shè)計(jì)技術(shù)資料，并為配套基礎(chǔ)設(shè)施的安裝調(diào)試提供培訓(xùn)和幫助。

印度負(fù)責(zé)提供建設(shè)引力波天文臺(tái)的場(chǎng)地、真空系統(tǒng)和其他基礎(chǔ)設(shè)施，以及安裝所需的全部勞動(dòng)力、材料和物資。

這座位于印度西部馬哈拉施特拉邦的新格里縣的INDIGO幾乎是LIGO的翻版，預(yù)計(jì)耗資1.77億美元，將在2025年前完工。

目前，中國(guó)的引力波探測(cè)力量主要向太空部署，即由三顆衛(wèi)星在軌道上編隊(duì)成等邊三角形，形成上萬(wàn)公里長(zhǎng)的干涉臂，具體包括中山大學(xué)牽頭的“天琴計(jì)劃”和中國(guó)科學(xué)院牽頭的“太極計(jì)劃”兩個(gè)方案。相關(guān)技術(shù)驗(yàn)證衛(wèi)星最早將在今年內(nèi)發(fā)射升空。