LIGO再獲三千萬美元更新經費，美意日印引力波探測或組網

美國當地時間2月14日，雷射干涉引力波天文台（LIGO）宣布獲得新一輪更新經費。更新版的“先進LIGO PLUS”工程預計將於2024年啟動，深空探測範圍擴大7倍。

其中，美國國家科學基金會（NSF）授予LIGO的兩個運營方加州理工學院和麻省理工學院2040萬美元，英國研究與創新中心（UKRI）則提供1410萬美元。此外，澳大利亞研究理事會也貢獻了一部分經費。

美國國家科學基金會在一份聲明中說道，項目更新將確保LIGO能在未來十年內繼續領跑引力波科學。更新內容包括精校雷射的量子技術和新型鏡面塗層技術等。“LIGO探測到的引力波數量和強度都將顯著增加。先進LIGO PLUS將展示宇宙中最極端環境裡的最強引力和最密物質，揭秘超新星的內心，告訴我們宇宙誕生數秒內的極端物理。”

LIGO執行主任大衛·雷澤（David Reitze）認為，更新後的LIGO每天都能探測到由黑洞並合產生的引力波，將大大增加人類對宇宙的理解。而目前比較罕見的中子星並合事件，將被更頻繁地觀測到。

英國研究與創新中心則表示，除了為美國的兩座LIGO天文台更新做投資，英國還將支持印度建設一座類似的引力波天台。印度版LIGO（INDIGO）預期在2025年上線，與先進LIGO PLUS的完成時間相差不遠。再加上意大利已在運行的Virgo和日本即將竣工的KAGRA，屆時，全球 5台引力波天文台將組成網絡。

時空的漣漪

引力波是愛因斯坦廣義相對論中的重要推論，被形象地比喻為“時空的漣漪”。時間和空間會在品質面前彎曲，時空在伸展和壓縮的過程中，會產生振動傳播開來，這些振動就是引力波。不過，這些信號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到引力波。

黑洞並合產生引力波

LIGO雷射干涉引力波探測儀的基本思路是這樣的：兩條長度相同的探測臂呈L型放置，在L中間的轉捩點處放置雷射源，沿兩條管子各發射一束雷射，而在兩臂的末端放置一面鏡子來反射雷射。在真空中，兩條同時發射的光束應該同時返回中間轉捩點相逢，在干涉作用下，光束不會抵達光電探測器。但如果有引力波穿過探測儀，兩條真空管中的空間會出現微小的拉伸與壓縮，兩條光束就會出現光程差，從而外泄到光電探測器上。

2015年，位於華盛頓州和路易斯安那州的兩個L型觀測台正式運行，不久後就成功探測到由兩個黑洞碰撞產生的引力波，完成廣義相對論的最後一塊拚圖，轟動國際學界。

三位LIGO功勳也憑此成果摘得了2017年的諾貝爾物理學獎。

LIGO位於華盛頓州的引力波觀測台

此後，LIGO陸續探測到了另外8次黑洞並合事件和1次中子星碰撞事件。2017年10月16日，LIGO觀測到正在並合的中子星雙星系統，全球各大天文台紛紛用望遠鏡跟進追蹤，引爆了第二波引力波科學盛會。

這次事件標誌著天文學正式進入引力波時代。科學家不僅可以通過光學望遠鏡來“看”見宇宙，亦可用引力波探測器“聽”到宇宙。

國際合作陣容顯雛形

由法國、意大利、荷蘭、波蘭、匈牙利和西班牙6國科學家共同參與的歐洲Virgo引力波天文台則於2003年在意大利比薩附近的小鎮卡希納落成。

經過多年的更新改造，“先進Virgo”天文台在2017年8月聯合LIGO探測到一次黑洞碰撞引力波事件。

第三個觀測台的加入使探測精度大大提高，鎖定的事件發生區域只有60平方度，比只有LIGO的兩個觀測台時縮小了10倍。

位於意大利的Virgo引力波觀測台

在亞洲方面，日本先行一步，神岡引力波探測設施（KAGRA）於2010年正式啟動，位於日本富山市岐阜縣神岡山中。這將是國際上首個低溫地下引力波探測器。

神岡引力波探測設施的建設目前已經進入尾聲階段，預計將在今年年底正式運行並參與LIGO-VIRGO國際聯測。

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。根據該協定，加州理工學院和麻省理工學院將為印度提供LIGO的完整硬體和設計技術資料，並為配套基礎設施的安裝調試提供培訓和幫助。

印度負責提供建設引力波天文台的場地、真空系統和其他基礎設施，以及安裝所需的全部勞動力、材料和物資。

這座位於印度西部馬哈拉施特拉邦的新格裡縣的INDIGO幾乎是LIGO的翻版，預計耗資1.77億美元，將在2025年前完工。

目前，中國的引力波探測力量主要向太空部署，即由三顆衛星在軌道上編隊成等邊三角形，形成上萬公里長的干涉臂，具體包括中山大學牽頭的“天琴計劃”和中國科學院牽頭的“太極計劃”兩個方案。相關技術驗證衛星最早將在今年內發射升空。