对话引力波背后的中国面孔：2019将有更多数据

"这是一个划时代的发现。"中国科学院紫金山天文台南极天文中心主任兼首席科学家王利凡喜出望外。

九天前，世界各地70多个天文台联合宣布，人类首次直接探测到由两颗中子星合并产生的引力波及其伴随的电磁信号。

在这个让全人类兴奋的天文发现中，中国有两台望远镜参与了观测。其中一个是AST3-2，南极天文中心的光学望远镜，位于南极洲的“冰穹A”上。这是中国的望远镜首次观测到引力波的辐射源，标志着中国的天文研究进入了国际先进阶段。

最近，《广州日报》的全媒体记者访问了中国科学院紫金山天文台南极天文中心和南京天文光学技术研究所，解读中国科学家“带着设备”加入引力波探测队的故事

科学背景

引力波也被称为“时空涟漪”。爱因斯坦在1916年根据广义相对论预测，强烈的天体事件会驱动周围的空间和时间波动。从那以后，科学家们已经寻找引力波的存在有100年了，直到2015年，人类第一次探测到引力波，三位美国科学家获得了今年的诺贝尔物理学奖。

2017年8月17日，LIGO(激光干涉引力波天文台)和维吉尔(欧洲“维吉尔”引力波探测器)联合探测到了GW170817，这是人类首次直接探测到双中子星引力波，同时探测到来自同一颗天文恒星的引力波和电磁波。

以前，人们观察到的四个引力波事件都来自两个黑洞的合并。观察两颗中子星的合并以及引力波和电磁波的产生将有助于我们理解核物质的行为。

中国科学院紫金山天文台南极天文中心主任王利凡将它与哥白尼的太阳理论、开普勒发现的椭圆轨道、伽利略发现的木星卫星以及过去其他重大天文发现进行了比较。

例如，汽车改变了人类的发现。

一直到中午，又忙又瘦的王利凡才出现在记者面前。他邀请记者去紫金山天文台外的一家小餐馆吃午饭。

我只是为自己点了一碗牛肉面，记者吃了黑椒牛柳炒饭。吃饭之间，天文学家王利凡详细解释了这次引力波事件的来龙去脉。

“这是一个划时代的发现。我认为这不仅是天文学上的一个里程碑事件，而且当人们谈论几年后我们这个时代的科学和技术时，他们肯定会提到这一发现，无论是排名第一还是第二。”王利凡说道。

“我们正处于人类社会科学技术大爆炸的阶段。建设创新型社会势在必行。科学技术正在推动人类社会的深刻变革。”令王利凡高兴的是，中国望远镜探测到的引力波的社会效应使更多的普通人越来越关注科技的发展。

1994年，他从中国科技大学毕业，今年是王利凡从事天文学研究的第23个年头。说到他的白发，他笑着说这与努力工作无关。“头发已经白了很久了。我以前试过染它，但现在不想染了。”

作为最早观测到引力波辐射源的中国望远镜项目的负责人，王利凡说，当他即将大学毕业时，他对天文学真的很感兴趣。

在他的母校，HKUST最初学习无线电，后来转到天体物理学。

20多年前，中国很少进行宇宙学研究。碰巧霍金来到王利凡的学校做了一个关于黑洞理论的报告。

当时，王利凡听到的大爆炸理论和星系形成理论还处于初级阶段，因为那里的观测不够充分，许多预测也没有得到证实。这个未经证实的假设，加上当时中国科技大学优越的科研环境，最后是好奇心和进取心，激发了他研究天文学的兴趣。

正如汽车改变了人类的生活一样，王利凡认为，GW170817也给了天文学家研究宇宙的新工具。

"天文学家应该考虑将来如何使用望远镜。"他说。

天文数字“淘金热”是如何开始的？

和王利凡一样兴奋的是吴雪峰，他是紫金山天文台高能时域天文团队的首席科学家，专门研究伽马射线爆发，伽马射线是两颗中子星合并时产生的电磁波之一。

“这一次，在LIGO观测到引力波信号后仅1.7秒，美国费米太空望远镜就探测到了一个名为伽马射线爆发的短脉冲。这是中子星碰撞第一次被证实是短伽马射线爆发的来源，这在以前只是理论上的推测。这对我的研究非常重要。”

吴雪峰说，天文发现证实了超重元素如金、银和稀土是如何在宇宙中生成的。

更重要的是，人类从此获得了另一种天文观测方法。将来，人类可以结合使用电磁波、引力波、中微子、宇宙射线和其他观测方法来进行天文学研究。“这开启了多信使天文学的时代，就像人类观察大象一样。在过去，我们只能用眼睛看到它。现在我们有了更多的观察方法，可以触摸和闻到它，这样我们描述的大象就会更加真实和准确。”

鉴于电磁波具有波粒二象性，引力波的传播速度能和电磁波的引力量子一样快吗？吴雪峰向记者解释说，引力波极难监测，而且频率很低，所以它们主要以波的形式存在于宇宙中。

2019年将会有更多的数据

2007年，南极天文中心的朱振西博士是中国第一个在南极“冰穹A”安装望远镜的人。整整十年过去了，朱振西见证了中国南极天文学的科学研究从无到有，从童年到成年。

谈到这次AST3-2望远镜的性能，朱振西非常自豪地说:“中国现在已经成为南极科学研究的一个大国。”

“当然，最困难的是去南极进行科学研究的一线工作者。”朱振西说，这些年去南极考察的队员非常感谢国家海洋局极地考察办公室和中国极地研究所等单位的大力支持。一次去南极旅行需要160天。南极极其寒冷和缺氧的环境对普通人来说更加难以忍受。

吴雪峰和朱振西都向记者透露，由于卫星通信成本高、传输速度慢，AST3-2只返回了少量最优秀的数据。预计中国科研团队将于2019年前往中国，并将存储所有原始数据的硬盘带回中国进行进一步研究。

中国科学院紫金山天文台南极天文中心主任王利凡:没有中子星合并，没有手机，准备好监测黑洞碰撞

《广州日报》:当你看到LIGO的新闻时，你有什么感觉？

王利凡:非常兴奋。起初我有点怀疑。怎么可能这么快就找到两颗中子星碰撞产生的引力波的来源？宇宙中的强引力波源通常是由双黑洞碰撞、双中子星碰撞或黑洞与中子星碰撞引起的。在未来，越来越多的类似事件将被人类发现。

引力波与生命的起源有关。

《广州日报》:这个观察让你最激动的是什么？引力波与生命的起源有关吗？

王利凡:有很多。对公众来说更重要的是对引力波本身的探测和宇宙中元素生成的过程。它的发现支持了爱因斯坦的引力波理论。

贵金属是如何来自宇宙的？目前，许多人认为两颗中子星的碰撞是主要的来源，有些人甚至认为这是唯一的来源。

氢、氦、氮、氧和宇宙中其他元素的来源已经很清楚了，我们知道这些物质的比例。宇宙中的大爆炸产生了一些元素，恒星的燃烧产生了一些元素，但是这种反应产生了铁元素，并且不会继续下去，因为在元素周期表中，铁原子核的结合能是最低的。原则上，在宇宙中不可能产生比铁更重的元素。

以前，我们只在理论上知道超重元素的产生可能源于中子星的合并，但我们没有观察到它。我们这次确实看到了。这些元素对生活和当下生活都非常重要。

例如，我们使用的手机都含有黄金和稀土元素。如果宇宙中没有中子星合并过程，这些元素都不会产生，人类也就无法用手机交流。

将探测到*的原始引力波

广州日报:除了探测引力波，紫金山天文台的“悟空”还用来探测宇宙中的暗物质。它是如何被发现的？

王利凡:暗物质可以弯曲光。“悟空”是探测暗物质本身的粒子。尽管暗物质基本上不与其他物质相互作用，我们通常也无法测量它，但暗物质仍可能携带非常微弱的电磁信号，“悟空”仍可能测量它。我们预计暗物质将位于能量相对较高的区域。

《广州日报》:当你决定让AST3-2南极巡天望远镜观察与引力波相对应的光学信号时，你实际上是在冒险损坏望远镜。当时你为什么如此坚定？

王利凡:当时，观察角度超出了正常范围。我问每个人是否愿意观察，但他们没有不同的意见，所以他们决定尝试。经过我们的实验，我们发现AST3-2确实可以找到与引力波源相对应的坐标，并开始观察。

《广州日报》:未来中国会发展直接监测引力波的探测仪器吗？

王利凡:要测试引力波，你需要非常精确的设备和非常先进的技术。大爆炸本身产生引力波，我们称之为原始引力波。我们将在*阿里地区建造一个初级引力波探测器。它实际上是在探测非常微弱的电磁信号。因为引力波可以引起电磁信号的某些特征，我们发现这些特征间接证明了初级引力波。

下次中子星和黑洞碰撞时

《广州日报》:未来的研究方向是什么？

王利凡:现在的关键问题是，当将来发现新的引力波源时，我们将如何协调我们的观测。最近，我们的研究小组将召开一次会议，讨论如何面对下一次引力波紧急情况，以及我们必须观察哪些设备。宇宙中每一次天体碰撞的结果都不会完全一样。这一次是双中子星碰撞。下一次它可能是一颗中子星与一个黑洞碰撞，形成一个更大的黑洞。未来有许多未知的发现。天文学是一门观测科学，其主要目标是发现新的天文现象。

对于望远镜返回的光谱数据，我们将继续做进一步的探索和研究，看看中子星碰撞产生了什么元素。

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