被稱為「中國天眼」500米口徑球面無線電望遠鏡（Five-hundred-meter Aperture Spherical Radio Telescope，簡稱FAST），座落於貴州省黔南布依族苗族自治州平塘縣克度鎮，是中國科學院國家天文台的一座射電望遠鏡。FAST主體工程於2011年開工，2016年落成；是目前世界第一大的填充口徑（即全口徑均有反射面的）射電望遠鏡。（中國青年報圖片）

6月29日對全球天體物理學家、天文愛好者而言是值得熱烈慶賀的一天！中國及北美的科學家團隊分別於同日在兩份科學期刊上發表論文，經過數年與十數年的觀測，科學家們終於發現宇宙中的引力波（Gravitational Wave）存在的證據，這是天文學的重大發現，也將為人類了解宇宙的起源與構造帶來全新維度的認識。

中國的科學團隊——中國脈衝星測時陣列（CPTA）研究團隊——利用位於貴州省的全球最大單口徑球面射電望遠鏡「中國天眼FAST」過去3年5個月對57顆脈衝星的觀測結果，發現非常強的納赫茲（nano hertz）引力波的證據。而另一支來自北美納赫茲引力波天文台（NANOGrav）的科學家團隊，則利用全球多個射電天文望遠鏡已經持續觀察15年的脈衝星數據，也同樣獲得相同的發現。

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相信很多讀者看到這裡仍然一頭霧水，有必要解釋一下報導中所題及的科學名詞及相關硏究的歷史，讓諸者明白今次發現的劃時代意義。

什麼是引力波？

1916年，愛因斯坦基於《廣義相對論》預言了引力波的存在。引力波是指天體（例如超大質量黑洞、中子星）移動時造成時空彎曲所產生的能量。當一個引力波通過一個觀測者的時候，因為應變（strain）效應，觀測者就會發現時空被扭曲，所觀測的物體之間的距離發生有節奏的增加和減少，從正常值－增加－減少－再回到正常值為一個周期，這個周期就是這個引力波的頻率，通常是在納赫茲頻率範圍之內。

赫茲Hertz（符號是Hz）是頻率單位，1赫茲就是每秒一個週期，而引力波的頻率是納赫茲（Nano hertz），即是每10億秒才一個周期，要知道一天時間才86400秒，一年才3,153.6萬秒。要完整地觀測到一個幾十納赫茲的引力波周期就需要幾年時間。

上圖為引力波譜及不同引力波源所對應的頻率範圍。宇宙中的背引力波是在不斷的通過地球的，然而，即使最強的引力波其效應也是非常小的，並且這些源距離我們很遠。例如，人類首次觀測到引力波信號是在2015年9月14日，是兩個黑洞合併時產生，稱為GW150914，它們在合併最後階段產生劇烈的引力波，在穿過13億光年之後到達地球，其導致的時空彎曲相當於將太陽系到我們最近恆星（暫被科學家稱為毗鄰星，距離太陽系約4.2光年，相當於40萬億公里）之間距離改變了一個頭髮絲的寬度。這種極其微小的變化，如果不借用異常精密的探測器，我們根本是探測不到的。（百度百科圖片）

引力波因為產生的星體質量及軌道週期不同，能量、周期及維持時間可以差甚遠。天文學家已經多次觀測到黑洞或中子星合拼的引力波事件，例如在2016年，美國激光干涉引力波天文台宣佈在百赫茲頻段探測到恆星級質量雙黑洞並合產生的引力波，並因此獲得了2017年諾貝爾物理學獎。科學家目前已證實，這些引力波皆是維持時間比較短的高能量引力波爆發，源於天體合拼。

但天文學家也預測，不同天體所發出的引力波會組成一個宇宙背景引力波，其波長正好在納赫茲範圍。科學家可以透過長時間觀察大量短周期（微秒級）的脈衝星證明其存在。

引力波在天文學的意義

人類觀測宇宙的方法，最初只能透過可見光來觀測，隨著科學技術的進步，在過去的一百多年時間裡，我們開始觀測電磁波（可見光也是電磁波的一種，但它僅僅是電磁波譜上的一小部分），利用伽馬射線、X射線、紫外和紅外觀測，讓我們給天文帶來了新的認識。每一個電磁波譜的打開，都會為我們帶來前所未有的發現。天文學家們同樣期望引力波也是如此。

引力波有兩個非常重要而且比較獨特的性質。第一：不需要任何的物質存在於引力波源周圍。這時就不會有電磁輻射產生。第二：引力波能夠幾乎不受阻擋的穿過行進途中的天體。比如，來自於遙遠恆星的光會被星際介質所遮擋，引力波能夠不受阻礙的穿過。這兩個特徵允許引力波攜帶有更多的之前從未被觀測過的天文現象信息。

國際合作納赫茲引力波天文台SKA

6月29日的公佈引力波觀測結果是全球科學家共同合作下得出的劃時代成果，是來自中、美、歐、澳洲的天文台及研究團隊透過各自的觀測數據得出類似的結果，雖然未達到統計學上5個西格瑪 （Sigma）的「證實」標準（CPTA研究團隊的數據分析獲得「4.6西格瑪置信度」發現了具有納赫茲引力波特徵的四極相關信號的證據，誤報率小於五十萬分之一），但也已經非常接近。

NANOGrav團隊利用美國、歐洲、澳洲的大型射電望遠鏡，已分別開展長達15年的納赫茲引力波搜尋。中國CPTA團隊使用的FAST射電望遠鏡因為體積龐大，僅僅3年半的數據量已經達到NANOGrav團隊用15年搜集的數據同樣的精度。可以說明超大型射電望遠鏡有其特定的價值，同時亦說明科硏上全球合作的重要性。

當前，全球的射電天文學家已經著手建造下一代的超級射電天文望遠鏡：平方公里陣列射電望遠鏡（Square Kilometre Array，SKA）。它將由包括中國在內的十多個國家共同建造、聯合運行和管理。透過散佈在全球各地射電望遠鏡組成陣列、聯網，SKA有望克服包括FAST在內的單口徑射電望遠鏡的缺陷和不足，同時希望獲得更高的靈敏度、更大的視場、更高的頻率、更高的空間分辨率、更高效的巡天能力等。