「卫星」国内首次！三体引力波触手可及，中山大学“天琴一号”测出全球重力场数据

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提起 " 引力波 " 三个字，大多数人可能会想起《三体 · 死神永生》中三体人占领地球时的那几行加粗文字：

北美引力波发射台被摧毁。

欧洲引力波发射台被摧毁。

亚洲引力波发射台被摧毁。

太阳电波放大功能被全频段压制。

引力波宇宙广播系统无法回复，黑暗森林威慑终止。

此刻人类危在旦夕，三体世界直接摧毁了地球上的三座引力波发射台。制衡三体世界的威慑系统被摧毁，三体人占领了地球。

当然，这是科幻小说中的 " 引力波 "。

执剑人罗辑将引力波视为威慑武器，如果三体世界敢于攻击地球，他就利用引力波向宇宙发布三体世界的坐标。

而在现实世界中，科学界从未停止过寻找 " 引力波 " 的脚步。

我国在 2019 年 12 月，成功发射国内第一颗空间引力波探测技术验证卫星 " 天琴一号 "。

现在，" 天琴一号 " 有了新的重大突破，又向前迈出了重要的一步。

" 天琴一号 "测出

全球重力场数据

据新华社报道，正在北京参加十三届全国人大五次会议的全国人大代表、中国科学院院士、" 天琴计划 " 首席科学家罗俊在 3 月 8 日表示：

中山大学 " 天琴一号 " 卫星，在近期获得了全球重力场数据。

这是我国首次使用国产自主卫星测得这一数据，而在这之前，这项技术一直被美国和德国垄断。

而这一次 " 天琴一号 " 立功，使得我国成为世界上第三个，有能力自主探测全球重力场的国家。

" 天琴一号 " 由国家航天局、广东省和教育部共同支持完成，其关键载荷技术由中山大学和华中科技大学联合研制，卫星平台由航天东方红卫星有限公司承制。

3 月 7 日，" 天琴一号 " 开展了差不多 30 个小时的地球重力场应用试验。

经过中山大学和华中科技大学天琴计划团队，反复分析数据并论证计算，获得了全球 15 阶地球重力场模型、全球重力异常分布网格图、全球大地水准面高分布网格图，并于近期形成全球重力场数据科学报告，完成了在轨测试总结评估。

" 天琴一号 " 卫星反演出的全球重力异常图（左图）和全球大地水准面高分布图（右图）

简单来说，就是根据不同地质，如地下水的流动、山脉平原的质量变化等因素，将重力微弱的变化精确量化出来。

从时间上看，这是我国第一次自主测得全球重力场，也意味着 " 天琴一号 " 实际上是我国第一颗有重力场测量功能的卫星。

虽然 " 天琴一号 " 实际上是一颗空间引力波探测验证技术卫星，本来目的是为了验证引力波。

但一个巨大的工程往往需要多个领域的技术突破才能完成，而地球重力场探测，恰好就是其中之一。

不过需要说明的是，这次 " 天琴一号 " 重力场测量的精度并不是特别高。

但这个结果依然意义非凡，它为我国后续的重力卫星计划奠定了坚实的基础。

当然，这也意味着，我们向寻找 " 引力波 "，又前进了一大步。

地球重力场的作用

那么，测量地球重力场这个技术到底有什么作用？

所谓地球重力场，简单来说，反映了地球物质分布及其随时间和空间的变化。

举个例子，水肯定是有质量的，那么当地下水发生流动的时候，该地区的重力场就会发生微弱的变化。

如果以极高的精度对这些变化进行量化，就能够追踪地下水的运动情况。

物质的质量越大，所产生的的引力效应也就越强。

山体也是同样的道理，巨大的山脉产生的引力效应肯定比平原的引力效应要大得多。

这变化的幅度非常小，可能只有几微米甚至是纳米，比头发丝的直径还小。人类凭肉体是没办法感知这些变化的，所以需要具有核心技术的卫星来完成这项工作。

当卫星飞到质量较大的物质区域上空时，就会出现重力加速度，而离开这块区域时，就会出现轻微的减速。

于是通过卫星感知重力场的微弱变化，并利用各种算法剔除掉大气层、太阳光线等干扰产生的误差，就能得到一份精度非常高的全球重力分布图，从而掌握地下水、地下不同矿产的分布。

所以这项技术，可以应用于大地测量、油气资源勘探、水资源和国防安全等。

同时也有助于监测全球气候，应对气候灾害等领域，对我国的民生经济将会有非常大的帮助。

打破美德垄断局面

近在咫尺

2002 年 3 月 17 日，美国宇航局与德国空间机构一同合作发射了 "GRACE 探测器 "。

利用重力场的测量数据，成功追踪地球水体的运动。

美国在 2011 年发射了 GRAIL 卫星，得到了一份迄今为止最高精度的全月球重力场地图。

而这项技术，一直处在被美德垄断的局面之中。

现在，" 天琴一号 " 获得全球重力场数据，意味着我们终于开始有机会打破这种垄断局面了。

尽管这次获得的数据精度并不是很高，但这是我们在浩瀚宇宙中前进的一大步。

罗俊院士表示，接下来的 " 天琴二号 " 希望能够通过精确测量两颗低轨卫星之间的距离，更精确地反演地球重力场。

如若能在计划中的 2025 年或 2026 年，成功发射 " 天琴二号 "，届时就能在这个领域实现与美德并跑的局面。

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