【李明麗/科學中國人】

2016年2月11日，美國鐳射干涉引力波天文臺（LIGO）宣佈探測到引力波，遠在13億光年之外的兩個黑洞相撞產生的“巨響”從此刻開始傳遍整個地球。聽到“巨響”後，我國迅速做出反應，啟動了“引力波探測”重點專項，致力於進一步揭示宇宙之謎。

前不久，“引力波探測”重點專項第一期任務“星間鐳射干涉測量系統分析與設計”專案啟動會在北京召開，中國科學院力學研究所研究員羅子人擔任該專案的首席科學家。羅子人從2007年，開始從事引力波探測及空間鐳射精密測量的研究，參與了我國空間引力波探測及先進重力衛星計劃的預備研究，為我國引力波探測事業發展奉獻了自己的青春和汗水，作出了不可替代的貢獻。

宇宙像一個無限延伸的球，人類對宇宙的探測走得越遠，遇到的問題越多。對此，羅子人希望自己可以做出更多的成果，為中國引力波探測事業發展加薪助燃，使人類可以管窺更多宇宙的浩渺和神秘。

羅子人

引力波是一種“時空漣漪”，就像是一塊石頭被丟進平靜的湖裡而產生的波紋。它最初只是阿爾伯特·愛因斯坦的一個理論構想，來源於方程式的推導，而非真實的實驗觀察。愛因斯坦在他的廣義相對論中預言了引力波的存在，他認為某些質量非常大、速度變化又非常快的物體，會對周圍時空結構產生擾動，引力波就是時空擾動向外傳遞的微小漣漪。這種漣漪有多微小呢？愛因斯坦說，引力波小到永遠無法被觀測到。

起初，“引力波是否能被探測到”一度是一個有爭議的問題。為了尋找引力波，一眾科學家做了各式各樣的嘗試，直到1974年脈衝雙星PSR B1913+16的發現才間接證明了引力波是存在的。接下來就是直接探測引力波，20世紀80年代，立足於物理學家雷納·韋斯提出的“利用鐳射干涉儀來探測引力波”想法，美國啟動了鐳射干涉引力波天文臺（LIGO）計劃，致力於建設世界上最大的引力波探測儀。2002年，LIGO搭建完成並開始了對引力波的探測。

2016年2月11日，LIGO宣佈他們在2015年9月14日觀測到了來自兩個黑洞併合時釋放的引力波，並推測出兩個黑洞的質量分別為36及29個太陽質量，併合後的質量為62個太陽質量（缺失的3個太陽質量以引力波的能量輻射出來），距離我們約13。4億光年。至此，人類歷史上第一次直接觀測到了引力波。

我國科學家從2008年開始啟動中國空間引力波探測計劃的研究，由中國科學院牽頭組織全國優勢力量成立論證組，胡文瑞院士為第一任組長；2012年，中國科學院牽頭成立了我國空間引力波探測工作組，由吳嶽良院士擔任組長，並首次提出了基於日心軌道方案的中國空間引力波探測計劃，此計劃於2016年被命名為“太極計劃”，吳嶽良院士為首席科學家，胡文瑞院士為首席顧問。

“太極計劃”將開啟中低頻段（0。1mHz～1Hz）的引力波觀測視窗，為人類研究宇宙起源與演化、黑洞起源與演化、引力本質、暗能量和暗物質等提供全新的方法和手段。由於空間引力波探測涉及一系列關鍵技術，“太極計劃”提出了“單星”“雙星”和“三星”三步走的發展路線圖。羅子人就是“單星”任務——“太極一號”核心測量分系統的主任設計師。

透過羅子人介紹，記者得知“太極一號”的任務主要是驗證空間引力波探測技術路線的可行性。不同於地面探測，在太空中，人類能探測到中低頻段的引力波訊號，能夠發現天體質量更大、距離更遙遠的引力波波源，揭示更為豐富的天體物理過程。

然而，由於引力波訊號極其微弱，實施空間引力波探測挑戰巨大，需要突破目前人類精密測量和控制技術的極限。所涉及的核心技術包括高精度星間鐳射干涉系統、引力參考感測器、超高精度無拖曳控制、微牛級推進器、超穩超靜衛星系統等。“太極一號”衛星正是瞄準了這一重大科技前沿，對這些核心技術的可行性和實現途徑進行在軌驗證。

“太極計劃的關鍵技術很重要，但發展這些關鍵技術的技術路線也很重要。如果技術路線走得不對，那對整個研究計劃會產生重大影響。”羅子人所在團隊只用了不到一年的時間就完成了“太極一號”的研製工作，因為時間緊、任務重，整個團隊的壓力很大。為了儘快完成任務，團隊甚至提出了24小時排班的工作想法，但這一想法被同在中國科學院力學研究所的靳剛研究員否掉了。

羅子人回憶道：“靳剛老師很嚴厲地說：‘你們這種方式是不對的，雖然你們這種衝勁很值得鼓勵，但越是這種緊要關頭，越要保持清醒的頭腦。如果因為疲勞而發生什麼閃失，得不償失。’他就強硬要求我們晚上必須幾點下班去休息，然後早上可以早點來。一開始大家對這種工作模式也有爭論，後來就定下來了，而且結果也是非常讓人滿意的。”

2019年8月31日，“太極一號”成功發射，並圓滿完成了第一階段的在軌測試。為了讓這顆衛星發揮更大的價值，羅子人團隊在衛星上搭載了質量鐳射干涉儀和引力參考感測器兩個核心系統，實現了我國迄今為止最高精度的空間鐳射干涉測量。此外，他們還在該衛星上成功進行了我國首次在軌無拖曳控制技術試驗，並在國際上首次實現了微牛級射頻離子和雙模霍爾電推進技術的在軌驗證。可以說，“太極一號”從零到一的突破，驗證了我國空間引力波探測“太極計劃”技術路線的可行性。同時，“太極一號”圓滿完成在軌測試也標誌著“太極計劃”三步走中第1步任務目標已成功實現，並轉入拓展實驗階段。

“以前，我們總是聽到一些聲音：中國在引力波探測研究方面是不是和國外差距很大？畢竟人家在20世紀80年代就開始做了，咱們才剛剛起步，這種差距怎麼能追上？但是，‘太極一號’發射成功以後，這些聲音漸漸消失了。因為大家發現，中國與國外的差距其實並沒有想象中那麼大，中國有中國的優勢。咱們國家只要決定做一件事情，可以集中全國的優勢力量去達到目標。”羅子人說道。

對技術路線可行性驗證通過後，羅子人及其同伴將進一步開展地面關鍵技術攻關，並瞄準“太極計劃”第3步——“太極三號”的目標進行展開。但受地面條件如百萬千米臂長模擬、地面噪聲水平等的限制，無法對所有關鍵技術進行真實檢驗。為此，須透過“太極二號”雙星計劃對“太極計劃”絕大部分關鍵技術進行高指標的在軌驗證，幫助判斷地面所做的測試、分析、評估和拓展等實驗是否合理，提升關鍵技術的穩定性和可靠性，降低空間引力波探測“太極計劃”的技術風險。在“太極二號”的攻關任務中，羅子人擔任首席科學家助理，他將繼續為“太極計劃”的成功實施貢獻自己的力量。

“我們希望‘太極二號’的關鍵技術驗證能夠覆蓋‘太極三號’的所有關鍵技術，並且在指標上能夠實現相同或者差距不大這樣一個水平。這樣的話，‘太極二號’發射之後，我們就敢拍著胸脯說‘太極三號’肯定沒問題。”羅子人說道。

團隊合影

說起羅子人與引力波的緣分，頗有些“命中註定”的意味。

2003年，羅子人還在讀碩士，學習的是應用數學。當時，中國科學院數學與系統科學研究院的劉潤球研究員已經開始著手對引力波探測研究進行佈局了，跟隨劉潤球研究員，羅子人開始接觸到引力波探測的相關知識。

“劉潤球老師是一個很開放的人，他經常邀請國內外各個領域的頂尖專家來研究院演講，他還經常推薦我們去中國科學院理論物理研究所、清華大學、北京大學等院校和研究所聽報告，只要他知道哪裡有好的報告演講，他就推薦我們去聽。就這樣，聽得多了，看得多了，瞭解得多了，我慢慢開始對引力波產生了興趣，因為接觸了很多引力波領域的很厲害的專家，覺得引力波很神奇，很有吸引力。”羅子人說道。

2007年，羅子人轉行到引力波探測領域，開始從事空間引力波探測關鍵技術的分析和最佳化研究，包括星間鐳射干涉測量系統、感測器系統、無拖曳控制系統等，甚至包括一些微推進器和衛星平臺的技術調研。

2008年，中國的引力波探測計劃被提上日程，羅子人成為“太極聯盟”中的一員，開始積極投身於“太極計劃”的預研究工作當中。當時，中國引力波探測研究剛剛起步，國家及研究院的支援力度還沒有跟上，導致引力波探測計劃的團隊一度處於一個很艱難的境地，很多人選擇了離開，但也有很多人選擇了堅持，羅子人就是選擇堅持的一員。到了2010年，羅子人博士畢業後，進入中國科學院力學研究所正式從事科研工作，2013年，他轉為助理研究員。

由於當時中國在引力波探測方面的研究進展依舊緩慢，羅子人與靳剛研究員商量了一下，決定出國學習，採他山之石以攻玉。2014年3月，羅子人赴德國馬克斯·普朗克引力物理研究所（漢諾威）從事博士後工作，主要研究方向為衛星-衛星鐳射捕獲技術。馬克斯·普朗克引力物理研究所也稱為阿爾伯特·愛因斯坦研究所，研究領域涉及愛因斯坦的廣義相對論、數學、量子引力、相對論天體物理和引力波天文學等。該研究所也是“鐳射干涉空間天線”（LISA）研究做得最好的研究所。在這裡，羅子人進行了深入的學習和研究，開闊了科研眼界，增強了科研能力。

“走出國門之前，很多人會覺得國外的月亮更圓一些，但是走出去會發現其實很多方面中國並不比國外差。尤其這些年，中國的發展速度很快，而且中國的學者都是很努力、很勤奮的。”同時，羅子人也表示，國外值得讓人學習的是，他們做事情非常紮實，做一件事情要多次論證後，非常確定了才會往前推進下一步的工作。“咱們國家有時候推進得太快了，中間容易出現反覆情況，一是浪費時間，二是浪費資源，還是得儘量每一步都做紮實了。”

2015年，LIGO首次探測到引力波後，世界範圍內研究引力波的熱情再次被點燃。靳剛研究員馬上聯絡了遠在德國的羅子人，希望他可以回國協助中國引力波探測計劃的實施和推進。於是，2015年年底，羅子人回到中國科學院力學研究所專職從事太極專案的研究。

這些年，他一心撲在“太極一號”的研製工作中。“太極一號”的成功發射也為羅子人及他所在的團隊帶來了更多機遇。他說道：“我們的團隊很年輕，平均年齡才30多歲。正是因為‘太極一號’的成功，所以得到了相關領導的信任，我們可以在‘太極二號’中繼續貢獻力量，也承擔了‘引力波探測’重點專項的星間鐳射干涉測量系統分析與設計研究。”

“引力波探測”重點專項將為我國在激烈的國際競爭中搶佔先機奠定堅實基礎。在科學目標上，我國的“引力波探測計劃”既包含與LISA（eLISA）波段重疊的波源，如超大質量黑洞的併合、極大質量比繞轉系統和河內白矮星繞轉等，又包含有別於LISA的中質量黑洞併合過程的波源。對這些引力波源的探測，不僅能探測到單例黑洞併合過程中強引力場的一些性質，以檢驗廣義相對論並測量黑洞的很多引數，還將直接給出對冷暗物質相關模型的限制，對理解宇宙早期演化、星系結構形成、超大質量黑洞的形成和成長等重大天文問題提供直接觀察資料。對低紅移星團中的中質量黑洞俘獲小黑洞所釋放的引力波的探測，還將對理解球狀星團、年輕星團及矮星系等結構，以及星團與星系間的關係，提供一條重要的途徑。

“我們現在的計劃是希望我國的引力波探測器能夠跟歐美合作的LISA同時上天，大概在2030年前後。因為很多引力波的波源，透過電磁手段已經觀測到了。銀河系的一些緻密雙星系統，透過計算發現它們輻射的引力波訊號強度非常強，所以探測器上天以後應該可以馬上觀測到引力波訊號。到那時，中國才有望開啟‘引力宇宙’。”羅子人說道。

回首過去，羅子人說自己進入引力波探測領域時也處於懵懵懂懂的狀態。他沒有想過這個領域有著怎樣的前途，也沒有考慮過從事這個領域的研究會給他帶來怎樣的利益。他只是透過接觸這個領域的頂尖專家，感覺引力波探測是有意思的、有價值的，所以才決定要去做這個領域的研究工作。他說：“人和工作，很多時候不是愛一行幹一行，而是幹一行愛一行。我屬於後者，越在這個領域深入，越會更加喜歡這個領域的工作。這是我喜歡的工作，國家還給發工資，工作的過程中還得到了領導和領域內專家的關心和信任，我覺得我是很幸運的。”

對於未來，羅子人不做過多設想。因為引力波探測是一項久久為功的事業，他要做的就是不忘初心，專注當下，堅定地朝著自己要走的方向前進。宇宙有多大，他的舞臺就有多大；宇宙有多遠，他的志向就有多遠。在無限延伸的宇宙中，他期待可以用科學技術演奏出更多美妙的宇宙交響樂章。