下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
文 吴思辛 周诗宇
引力波自第一次被探测到起，就成为了当之无愧的新闻热点。
2016年2月11日，激光干涉引力波天文台（Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory，LIGO）合作组宣布首次探测到双黑洞合并的引力波信号。引力波探测一下成为最前沿、最热门的研究领域，而2017年诺贝尔物理学奖也毫无疑问地被引力波探测领域的科学家摘得。
2017年10月16日，LIGO联合VIRGO等全球数十家天文机构举办新闻发布会，宣布探测到双中子星并合所产生的引力波。全球多个地面和空间天文设备探测到了电磁波对应体，包括并合后1.7秒美国宇航局费米空间望远镜探测到的伽马射线暴。该消息再次引发关注。
双中子星并合示意图
“这次结果可以说是天文学的一次革命。”工物系及天体物理中心的冯骅教授评论道。
或许你还不知道，在清华园，一群主要由本科生组成的团队也在干着同样的事情——探测双中子星并合所产生的伽马射线暴！
“天格计划”，旨在发射10到24颗微小卫星，实现空间分布式引力波暴电磁对应体探测网。形象地说，这一组小卫星内加载的探测器将组成一张探测网，试图捕捉宇宙深处传来的“伽马射线暴”信号。
人类仰望星空的历史已有数千年，每一次对宇宙的新的发现都会激起人们巨大的好奇心。而每一次对于宇宙的探测手段的进步，都会带来全新的发现。
“以前我们观测宇宙只能靠电磁波，所谓的多波段宇宙学，从射电、X射线到伽马射线，都只是电磁波的不同波段。但现在我们多了一维手段，这个手段是引力波。”冯骅教授这样解释引力波探测的重要性。
引力波能告诉我们很多电磁波不能获得的东西，尤其是针对黑洞、中子星等致密星体。“这些信息对我们了解宇宙和天体的物理过程是有很大的帮助的。”
然而，只有将引力波探测和电磁波探测结合起来，才能把引力波探测变成引力波天文学。
“作为天体物理研究来说，我们不光是要探测到比如说两个致密星体的并合，我们更想知道的是这整个物理过程如何发展的。比如说恒星是如何形成的，如何演化的，如何变成黑洞和中子星的，黑洞和中子星又是如何并合，如何被探测到的。”冯骅进一步解释道，“而引力波和电磁波的共同探测能够帮助我们更清晰地了解这个过程。”
电磁波探测的探测对象就是引力波的电磁对应体（即既能产生可观测的引力波，又能产生可观测的电磁信号的天体），电磁对应体的探测包括伽马射线暴。从20世纪90年代起，已经有很多专门的探测器用来探测伽马射线暴，不过这些项目都是单纯地为了探测伽马射线暴。
“‘天格计划’是专门针对探测引力波电磁对应体做优化的。”冯骅说起“天格”的定位，“探测引力波的电磁对应体是一个发生概率比较小的事件，相比于其他的伽马射线暴探测，‘天格’能够做到全天区的探测”。
引力波天文学的大门已经打开，“天格计划”希望踩在这扇门前的第一个台阶上。
Swift卫星探测伽马射线暴示意图
“天格”其实起源于一次饭后的闲聊。
“当时我和导师曾鸣老师聊完毕设以及博士的选题，然后去清芬园吃饭，正好碰到冯老师也在那儿。”现任“天格”团队的负责人温家星回忆道：“那时大家很喜欢聊一聊引力波方面的新闻，正好冯老师是做天体物理的，就请冯老师给我们讲了讲。”
恰好曾鸣老师的方向是辐射探测，在探测器方面有着丰富的经验。双方于是一拍即合想到了使用现有的探测器去探测引力波电磁对应体。
成立团队时的另一层考虑是学生的培养。“从整个大环境来说，最优秀的学生更容易被那些热门专业吸引走，觉得人工智能很热门，金融很热门。”现团队主要指导教师冯骅说：“但从国家的需要来说，基础研究也需要最优秀的学生，而且基础研究工作也和计算机科学、人工智能一样有趣，只不过很多学生不了解。”
“天格计划”去年10月成立学生团队，在成立初期就表达了对各种学科背景的欢迎。经过一年的发展，现在已经有50多名学生参与，其中有10多个来自其他学校，还有很多其他院校表示愿意参与。
“我们常见的科创项目都是3～5人为一个团队，在本科阶段，有几十人甚至上百人去完成一件科创项目，其实是很罕见的。”温家星说。谈起团队的规模，温家星觉得这既是一件难事也是一个很好的锻炼机会，他笑谈道：“我发现把任务分给他们就是一个很艰巨的任务了。”
“团队成立初期，模仿研究生组会，希望能够随时更新大家的进度。但是最开始的组会，组长习惯性在群里提醒所有人准备报告。”
“但实际上，你提醒了所有人，就是没有提醒一个人。”温家星说，“最后没有一个人准备，讲的时候很多人都听不懂。”而后来，就慢慢演变成提醒到个人，谁负责准备PPT，谁负责会议记录，谁负责下周的汇报，等等。
经过一年的茁壮成长，“天格计划”团队已先后斩获“挑战杯”特奖、开起了发布会，等等。
“我们现在已经是学校的一个代表性项目了。”冯骅笑道。
“天格计划”部分团队成员
“天格”目前分为3个组，分别是科学组、卫星组和载荷组，涵盖了来自工物系、物理系、航院、电子、机械、外文等院系的同学。科学组设定科学目标，载荷组设计探测器满足科学目标，同时还要满足卫星方面提供的要求，最终将探测器搭载在微小卫星上发射上天。
在这个过程中，少不了不同组之间的妥协和谈判：
科学组：“你们一定要做到探测5keV的伽马射线，这在科学上很重要。”
载荷组：“5keV好难啊，我们怎么搞都搞不定。”
科学组：“这个事真的太重要了，这个是我们很重要的科学目标。”
载荷组：“好吧。”
……
科学组：“你们要不要做到1keV？”
载荷组：“这个是真的做不到。”
温家星觉得这是一个非常好的交流过程，“在这个过程中，科学目标和工程技术实现真正结合在了一起。”
而在实际的项目中，这样的理工结合、学科交叉比比皆是。
准备“挑战杯”阶段，“天格”团队依据现有计划设计了一个10cm×10cm×30cm的探测器，但是在随后与卫星发射公司讨论后，卫星方面提出了新的要求，把探测器做到10cm×10cm×5cm。“将探测器缩小到原来的1/6，意味着我们几乎要把所有的核心部件换一遍。”温家星说。
当时是在暑假，一切都热火朝天地进行着。但是对于更新后的探测器，噪声总是很大，大到会把物理信号给淹没。“当时我们也想尽了各种办法，”温家星说，“我们做了各种检验发现确实是噪声太大。”就在他们一筹莫展时，有人突然想到，会不会是因为实验室温度太高。于是他们就将仪器放在了冰箱里进行测试，发现结果确实好了很多。
地面测试系统
卫星的1：1模型
按照“天格计划”团队的计划，2017年年底前做完探测器的设计，次年年初完成第一个卫星的模型，之后发射第一颗卫星，做卫星飞行的工程验证。再之后开始布网，最少10颗，最多24颗。运行之后就可以采集数据探测引力波的电磁对应体了。
“我觉得我们团队至少要运行5年以上，我们会需要不断有新同学来参与。”温家星说：“在第一颗卫星定型之后，我应该会淡出，让下面的同学去锻炼。”
“天文学的门打开了，你们已经踩在了这道门的第一块砖上，”在LIGO的发布会后，冯骅老师这样对团队的成员说道：“这不仅仅是一个科创活动或者一个SRT，它完全可以作为一个研究生课题，甚至可以是一个人未来整个职业生涯的奋斗目标。”
“基础研究需要管理，需要最好的电子、材料、机械，甚至需要艺术专业的学生，”冯老师说，“我们永远欢迎所有感兴趣的人加入。”