歐洲愛因斯坦望遠(yuǎn)鏡藝術(shù)圖 ?圖片來源：ET概念設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)

5年前，當(dāng)物理學(xué)家首次探測到引力波時(shí)，他們?yōu)橛钪娲蜷_了一扇新的窗戶。引力波是大質(zhì)量黑洞或中子星碰撞時(shí)產(chǎn)生的漣漪?，F(xiàn)在，研究人員已經(jīng)在計(jì)劃更大、更靈敏的探測器。而且，美歐之間的競爭已經(jīng)初露端倪，美國科學(xué)家提出建造更大的探測器，而歐洲研究人員則在追求更激進(jìn)的設(shè)計(jì)。

“目前，我們只捕捉到最罕見、最響亮的事件，但在宇宙中還有更多的聲音?！泵绹又葜萘⒋髮W(xué)天體物理學(xué)家Jocelyn Read說。加州理工學(xué)院物理學(xué)家David Reitze也表示，物理學(xué)家希望新的探測器能在21世紀(jì)30年代運(yùn)行，這意味著他們必須現(xiàn)在就開始計(jì)劃。“引力波的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)吸引了全世界的目光，所以現(xiàn)在是思考接下來會發(fā)生什么的好時(shí)機(jī)?！?/p>

目前的探測器都是L形的儀器，叫做干涉儀。激光在懸掛在每條臂的兩端的鏡子之間反射，有些光線會漏出來，在L形臂的彎處會合。在那里，光的干涉方式取決于臂的相對長度。通過監(jiān)測這種干擾，物理學(xué)家可以發(fā)現(xiàn)通過的引力波，這種引力波會使臂的相關(guān)數(shù)值產(chǎn)生不同程度的變化。

因此，為了探測空間的微小拉伸，干涉儀的臂必須很長。發(fā)現(xiàn)了第一個引力波的位于路易斯安那州和華盛頓州的激光干涉儀引力波天文臺（LIGO），臂長達(dá)4公里。位于意大利的Virgo探測器有3公里長的臂。

現(xiàn)在，研究人員現(xiàn)在想要一種靈敏度比現(xiàn)有設(shè)備高10倍的探測器。它能發(fā)現(xiàn)可觀測宇宙中所有的黑洞合并，甚至可以追溯到第一批恒星出現(xiàn)之前，從而尋找大爆炸中形成的原始黑洞。它還應(yīng)該能發(fā)現(xiàn)數(shù)百個“千新星”，揭示中子星超密度物質(zhì)的本質(zhì)。

美國科學(xué)家對新探測器的愿景很簡單?！拔覀冎幌氚阉龅梅浅７浅４??！盧ead說。Read正在幫助設(shè)計(jì)“宇宙探索者”—— 一個臂長40公里的干涉儀，本質(zhì)上是一個放大了10倍的LIGO。

指導(dǎo)了LIGO建設(shè)的加州理工學(xué)院物理學(xué)家Barry Barish說，這種批量設(shè)計(jì)可能使美國能夠負(fù)擔(dān)得起多個分離的探測器，這將有助于新設(shè)備像現(xiàn)在的LIGO和Virgo一樣精確定位天空中的事件源。

但安置這樣巨大儀器可能很棘手。40公里的臂必須是直的，但地球是圓的。如果L形的彎道位于地面上，那么干涉儀的末端可能必須放在30米高的護(hù)堤上。因此，美國研究人員希望找到一個碗狀區(qū)域，以便容納這種結(jié)構(gòu)。

相比之下，歐洲物理學(xué)家設(shè)想了一個地下引力波天文臺，稱為愛因斯坦望遠(yuǎn)鏡（ET）。意大利國家核物理研究所物理學(xué)家、ET指導(dǎo)委員會聯(lián)合主席Michele Punturo說：“我們想要實(shí)現(xiàn)一個能夠在50年內(nèi)承載（探測器）所有進(jìn)化的基礎(chǔ)設(shè)施。”

ET將由多個V形干涉儀組成，臂長10公里，排列在一個深埋地下的等邊三角形中，以幫助屏蔽振動。借助指向三個方向的干涉儀，ET可以確定引力波的偏振度，幫助科學(xué)家在天空中定位引力波的來源，并探測引力波的基本性質(zhì)。

Punturo表示，ET預(yù)計(jì)耗資17億歐元，包括用于隧道和基礎(chǔ)設(shè)施的9億歐元。研究人員正在考慮兩個地點(diǎn)，一個靠近比利時(shí)、德國和荷蘭的交匯處，另一個在撒丁島。相關(guān)計(jì)劃正在等待審議。

美國的提議則不那么成熟。研究人員希望美國國家科學(xué)基金會提供6500萬美元用于設(shè)計(jì)工作，這樣就可以在本世紀(jì)20年代中期對這臺價(jià)值10億美元的機(jī)器做出決定。但物理學(xué)家們都希望這兩臺新設(shè)備能在2030年代中期啟動。



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