我国科研团队在计算机里塑造了可探测引力波的“三维数值月球”，揭示了月球对引力波的响应规律和特征，为未来的月基引力波天线规划和选址提供科学依据。近日，相关研究在国际权威物理学期刊《物理评论D辑》发表。

左侧为传统方法，假设月球为理想球体或一维分层球体，右侧为该研究建立的考虑地形起伏和内部非均匀的三维月球，背景场为引力波

宇宙中黑洞发生的碰撞合并会激发“时空涟漪”，也就是引力波。若要探测这种来自宇宙深处的“声音”，地面探测器只能听到高频的引力波“尖叫”，太空探测器可以听到更低频的引力波“沉吟”，但二者之间的“中音区”仍未得到有效探测。月球像一口挂在太空中的“大钟”，能被特定频率范围的引力波“敲响”，是填补引力波中间频段探测空白的理想场所。

但要将月基引力波探测变为现实，仍存在许多现实上的障碍，比如，月球表面存在数十万个大小不一的陨石坑，月球正面和背面的月壳厚度相差近一倍，更不用说月球上最大的撞击疤痕——南极-艾特肯盆地。然而，以往的月基引力波分析未能充分考虑这些因素带来的影响，导致分析结果可能存在严重偏差，甚至关乎月基引力波探测任务的成败。

针对这一挑战，我国4名青年行星科学和天文学科研人员跨界合作，在国际上率先实现了天体对引力波响应的有限元模拟，突破了一系列技术难题。从二维到三维，从方法验证到理论分析，他们将月球的真实三维地形、复杂内部结构等因素纳入考量，建立了迄今最接近真实的月球引力波响应模型，并开展了系列数值仿真实验和对比分析。基于这个“三维数值月球”的实验结果表明，月球表面的剧烈起伏和月壳起伏对引力波的影响很大，而且会对特定频率的信号显著放大。

“这意味着，如果在月球上布设引力波探测器，选址点位非常重要。”中国科学院地质与地球物理研究所特聘副研究员张磊说，团队基于模拟数据制作了一张“地图”，初步确认在月球表面的高地布设引力波探测器更为有利，“只有充分利用‘地形红利’，避开信号死角，我们才能用月球这把‘听诊器’，精准捕捉宇宙最深处的心跳。”后续，团队还将继续开展更多的月球内部结构精细探测，并根据实际情况优化分析结果，找到月球引力波探测的最强“脉搏”和关键“穴位”。

来源：北京日报客户端

记者：刘苏雅