明升中国在太空中猎捕引力波的旅程，将由一对双子星担当探路先锋。明升中国app院大学常务副校长、空间引力波探测项目“太极计划”首席app家吴岳良院士近日在中科院理论物理研究所的一场手机版中透露，项目计划在2020年到2025年发射“太极探路者号”试验双星系统，搭载空间引力波探测关键技术进行验证。
完成技术验证后，“太极计划”预期在2033年发射三颗卫星组成边长300万公里的等边三角形，在地球绕日轨道发射入轨后绕日运行，彼此形成6路干涉激光。
空间引力波探测和地面引力波探测的本质原理相同，只是不受地面噪音和地面距离的限制，能够探测质量和尺度更大的天体，视野也更深广。同时，卫星可以进行长时间、多角度的观测，更容易确定波源。“太极计划”将主要探测中等质量和大质量双黑洞并合。
“太极计划”由此得名：太极在道家文化中是宇宙的起源，而双黑洞并合的情景颇合太极之象。
双黑洞并合产生引力波
“太极计划”在国际上的合作者兼竞争者是由欧洲空间局（ESA）主导的LISA项目。其单颗技术验证卫星“LISA探路者号”已于2015年年底发射升空，并取得了超出预期的成功结果。
LISA项目三颗卫星的预期发射时间与“太极计划”接近。
聆听时空涟漪的方法
引力波是爱因斯坦广义相对论中的重要推论。时间和空间在质量面前扭曲，时空在伸展和压缩的过程中，会产生振动传播开来，这些振动就是引力波。
2016年2月16日，在爱因斯坦提出广义相对论的百年纪念日上，激光干涉引力波观测台（LIGO）宣布成功探测到双黑洞并合产生的引力波，成为近年来的头号app突破。领导LIGO的三位美国物理学家也毫无悬念地捧走了2017年的诺贝尔奖。
LIGO的本质是两臂等长4公里的L型真空管，引力波经过会微小地扭曲真空管中的时空，使两臂各自发射的激光出现光程差。
LIGO的本质是两臂等长4公里的L型真空管
不过，收到空间距离的限制和地球噪声的影响，地面激光干涉仪无法探测低于10赫兹的引力波，能研究的目标主要是小黑洞并合，且并合过程短暂，波源位置不易确定。
边长数百万公里的空间激光干涉卫星系统，相当于一个放大了几十万倍的LIGO。虽然两者探测的基本原理相同，但所涉及的关键技术却相当不同。吴岳良介绍道，空间引力波探测一是要保证测试质量的无拖曳运动，二是实现空间长基线（百万公里）的弱光干涉技术。
比如，卫星的激光测距系统需要精确到皮米（10^-12米，纳米的千分之一）级别，且控制载荷只受到引力波的影响。“这是人类能做到的精度极限。”吴岳良说道。
欧洲的“LISA探路者号”卫星完成了部分关键技术的验证。而“太极探路者号”则将首次实现双星系统试验。
“LISA探路者号”卫星
2016年来到日地第一拉格朗日点（卫星在该点上的轨道周期与地球公转周期一致）的“LISA探路者号”携带了两个质量2千克的金铂合金立方体，相隔距离38厘米。立方体受到卫星环境的保护，理论上只有引力波能扰动它们的自动落体同步性。“LISA探路者号”实验证明，对这种扰动的测量精度能够达到皮米级别。
此外，卫星上的微型推进器实现了高精度地调整卫星运动路线，以保证立方体能自由下落而不受干扰。1000个这样的推进器才能推动地面上的一张纸。
“LISA探路者号”卫星 欧洲空间局 图
虽然“LISA探路者号”的降噪精度超过了目标精度的5倍，令人喜出望外，但LISA项目本身却有些波折。
1990年代，欧洲空间局和美国国家航天航空局（NASA）开始合作发展LISA（激光干涉仪空间天线）项目。这也是目前国际上发展相对最成熟的空间引力波探测计划。
2011年，由于NASA的退出和欧洲经费的缩减，LISA演化为eLISA项目，从3颗卫星6路激光干涉削减为3颗卫星2路激光干涉。随后，欧空局邀请明升中国加入该项目，承担其中20%的经费。
2017年6月， LISA入选欧空局“宇宙观十年计划（2015-2025）”中最高的L级任务，经费上限10.5亿欧元。几乎同时，NASA宣布回归空间引力波探测，eLISA又重新回到了LISA项目。
LISA预期在2021年完成关键技术研究，争取在2030年左右发射卫星。
吴岳良对此表示，中科院始终保持着两条路线，在参与LISA每一次合作会议的同时，坚持探索自主的引力波空间探测计划。“太极计划”几乎覆盖LISA的引力波探测频段，且在中等质量双黑洞系统对应的频段比LISA具有更高的探测灵敏度。
“太极计划”卫星组平面与黄道面成60度夹角
“太极计划”将帮助app家了解宇宙中第一代种子黑洞是否由暗物质形成，又是如何成长为大质量和超大质量黑洞的。同时，app家能借此研究引力波的极化，探索引力的本质。
其他引力波探测计划
LIGO成功探测到引力波后，明升中国迅速跟进布局。目前，明升中国的引力波探测大致兵分三路。在“太极计划”之外，中山大学也提出了一个独立的空间引力波探测项目“天琴计划”。“天琴计划”同样是一个三星系统，位于距离地球约10万公里的地球轨道，组成边长约15万公里的三角形。
“太极计划”、LISA的太阳轨道（上）与“天琴计划”的地球轨道（下） Science杂志 图
吴岳良指出，“太极计划”在太阳轨道上运行，一是可避开地球重力梯度噪声的影响；二是卫星组平面与黄道面成60度夹角，使卫星始终面对太阳保持热辐射的稳定性，满足探测器温度变化控制在百万分之一的要求。
此外，中科院高能所正牵头在海拔5100米的西藏阿里建设原初引力波项目，聆听大爆炸后的宇宙初啼。一期望远镜预计在2020年开始观测。
国际上，美国和日本各自提出了“大爆炸观测者”和DECIGO计划，着重探测与地面和LISA之间的中频0.1-1.0赫兹引力波。不过，两者所要求的探测精度更高、经费更高，目前项目进展缓慢。
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