美国也得服气！天琴计划正在紧张筹备，或将引领世界探索宇宙
2020年对于我国的航天事业来说真的是不平凡的一年，我们的北斗导航系统全球组网完成，还发射了火星探测器，并且在最近四十多年的时间里首次为人类带回月球土壤，这让我国的航天事业震惊了全世界。
（图片说明：长征五号运载火箭）
不过，我们并没有停止脚步，而是再接再厉，继续着不断的突破，追求更高的成就。即使是在最高精尖的领域，我们也已经紧锣密鼓，准备引领世界的天文探索，比如引力波。
时空的涟漪
105年前，爱因斯坦发表了著名的广义相对论。这个伟大的理论暗含着一个预言，那就是引力波。任何天体在宇宙中运行的同时，都会凭借自身的质量造成时空的涟漪，这就是引力波。普通的天体所产生的引力波非常微弱，而像黑洞并合、中子星相撞这样的极端宇宙事件，是探测引力波的绝佳对象，同时引力波也是我们了解这些极端事件中一些细节的最完美工具。
（图片说明：广义相对论预言了引力波的存在）
这个预言提出了一百年，科学家都没有取得什么有效的进展。2014年的时候，中国科学院罗俊院士首次提出了我们要探测引力波的想法。2015年7月，这个计划在中山大学被正式提出，这就是今天我们所说的天琴计划。说起来，这个名字不仅好听，而且非常“应景”，引力波就像琴弦一样会振动，也需要懂的人才能聆听。
说起来也巧，就在这个时候，美国的激光干涉仪引力波天文台（LIGO）在人类历史上首次探测到了引力波的存在，证实了爱因斯坦的预言。而2017年的诺贝尔物理学奖，也是颁发给了发现引力波的三位科学家。
（图片说明：双黑洞并合会产生引力波）
引力波的成功探测，为人类的天文学发展打开了一扇新的大门。通过引力波，我们不仅可以探索双黑洞、双中子星等致密星碰撞时所透露的细节，还可以了解宇宙演化的秘密、探测超大质量黑洞的一些信息。因此，发展引力波探测技术，对于一个天文大国来说，势在必行。
宇宙的琴弦
实际上，我国也不止提出了这一个引力波探测计划。在2016年的时候，中国科学院提出了空间太极计划，计划在2033年的时候发射三颗卫星来进行引力波探测，而且在去年8月31日就已经发射了“太极一号”卫星；另外，中科院高能物理研究所还提出过一个阿里计划，旨在通过建设与西藏阿里地区的一台射电望远镜实现对引力波的探测。
（图片说明：美国的激光干涉引力波天文台）
说起来，天琴计划和太极计划类似，也是在太空中进行的引力波探测项目。而此前美国的LIGO和位于意大利的VIRGO这两个引力波探测天文台，都是建设在地面上的。和地基引力波探测天文台相比，太空中能够探测到的波段要更广，可以让我们观测到更多的极端天体和极端天文事件。
与此同时，美国也在尝试建设天基引力波天文台，那就是激光干涉空间天线（LISA），计划发射三颗卫星到太空中探测引力波。不过，由于登月计划等项目耗资过巨，导致LISA的经费有些吃紧。因此，虽然预定在2034年完成组建，但这个项目到底能不能按时完成，仍然是个未知数。
根据计划，天琴项目的三颗卫星也会在2035年完成组网，并且已经于2019年12月20日完成了试验星“天琴一号”的发射。
（图片说明：天琴一号卫星）
天琴计划
读到这里你可能已经发现了一个有趣的问题：为啥这些天基引力波探测天文台都要发射三颗卫星呢？
这是因为，目前我们更多的是通过干涉的方法来进行引力波的探测，这就需要不止一个卫星来接收引力波信号，然后通过数据处理才能让科学家得到我们需要的信息。无一例外地，这些天基引力波探测天文台都需要三颗卫星，在地球上的太空组建成一个等边三角形来进行探测。根据计划，三颗卫星都会运行在地球上空10万公里处，这意味着这个等边三角形的边长将达到17.3万公里。
据介绍，天琴计划将在2035年之前完成四大阶段任务，展开引力波的探测：
第一阶段：完成月球/卫星激光测距系统、大型激光陀螺仪等天琴计划地面辅助设施。这一阶段在今年已经进行了初步测试，中山大学天琴计划激光测距台站完成了国内迄今为止对地月距离最精确的探测，精确到了厘米级；
第二阶段：完成无拖曳控制、星载激光干涉仪等关键技术验证，以及空间等效原理实验检验；
第三阶段：完成高精度惯性传感、星间激光测距等关键技术验证，以及全球重力场测量；
第四阶段：完成所有空间引力波探测所需的关键技术，发射三颗地球高轨卫星进行引力波探测。
（图片说明：天琴计划超静实验室）
在今年6月，位于中山大学珠海校区内“天琴计划”山洞长达1108米的超静实验室隧道全线贯通，该项目的科研设备都将集中在这里，科学家们会在这里进行数据分析。随着天琴一号的发射升空，科学家们也会进行一些初步的实验。根据计划，天琴二号将在2025年发射升空。
天琴计划 Vs. LISA
尽管在引力波探测方面，美国和欧洲已经先行一步，但是我国的引力波探测项目绝对不是拾人牙慧，而是对他们的超越。包括美国专家在内的许多业内人士都认为，我国的天琴计划和美国的LISA相比，绝对是有过之而无不及。
（图片说明：天琴一号发射场景）
从设计方面来看，天琴计划能够探测到的波段是LISA的10倍左右。它可以持续观测低频段的连续型引力波进行探测，这是目前的LIGO和未来的LISA力所不能及的。而在高频波段上，科学家们也预测天琴可能会略占上风；即使是中频波段范围内，天琴也能和LISA分庭抗礼。
当然，由于这两个项目都还没有完全实现，现在的猜测也为时过早。不过，天琴计划的确有可能成为我国在天文探测领域追赶甚至反超美国的希望，因此也被寄予厚望。
这样的竞争是好的，有追赶才有超越，有压力才有动力，这可以更好地促进人类科技的发展，所以一个理性的科学工作者是不会仅仅因为超越和被超越而过于激动。毕竟，人类的进步需要每一个国家的力量。未来，当人类的引力波探测取得重大突破的时候，或许还要感激今天的良性竞争呢~