引力波是一種由質(zhì)量加速運動產(chǎn)生的時空擾動，它以光速向外傳播，攜帶著關(guān)于其源頭的信息。引力波的存在是愛因斯坦廣義相對論的一個重要預(yù)言，但直到2015年，人類才首次直接探測到引力波，這是由兩個黑洞合并產(chǎn)生的。從那以后，人類又探測到了更多的引力波事件，包括雙中子星合并和黑洞-中子星合并。

這些事件都發(fā)生在頻率為幾十至幾百赫茲的范圍內(nèi)，這是目前地面上的引力波探測器，如LIGO和Virgo，能夠探測到的頻率范圍。然而，引力波的頻率范圍是非常廣泛的，從10^-18赫茲到10^10赫茲，不同的頻段對應(yīng)著不同的天體物理過程和宇宙學(xué)機制。為了探測不同頻段的引力波，我們需要不同類型的探測器。

例如，為了探測頻率為10^-9至10^-7赫茲的引力波，我們可以利用脈沖星計時陣列，這是一種利用脈沖星的穩(wěn)定的脈沖信號來測量引力波對時空的微小扭曲的方法。為了探測頻率為10^-5至1赫茲的引力波，我們可以利用太空中的激光干涉儀，這是一種利用太空中的三顆衛(wèi)星組成的三角形來測量引力波對激光光程的微小變化的方法。這些探測器都是目前正在研發(fā)或計劃中的項目。

那么，有沒有一種方法可以探測頻率為0.1至10赫茲的引力波呢？這個頻段的引力波有什么科學(xué)意義呢？這就是北京師范大學(xué)最近一篇論文所研究的。他們提出了一個有趣的想法，那就是利用月球作為一個巨大的共振棒，來響應(yīng)引力波的激勵。(www.ws46.com)

那么，月球怎么能作為一個共振棒呢？這里我們要借鑒一個早期的探測引力波的方法，即韋伯棒。韋伯棒是一根金屬棒，它有一個固有的振動頻率，當(dāng)引力波通過時，它會在這個頻率附近產(chǎn)生應(yīng)力，從而改變它的電阻，這樣就可以通過測量電阻的變化來探測引力波。類似地，月球也有一個固有的振動頻率，約為0.2赫茲，當(dāng)引力波通過時，它會在這個頻率附近產(chǎn)生形變，從而改變它的表面位移，這樣就可以通過測量表面位移的變化來探測引力波。當(dāng)然，月球的形變很小，大約是10^-12米，所以我們需要一種高靈敏度的測量方法，這就是干涉儀地震儀的作用。

干涉儀地震儀是一種利用激光干涉原理來測量微小位移的儀器，它由兩個相距一定距離的反射鏡和一個激光器組成，激光器發(fā)出的光束被分成兩束，分別照射到兩個反射鏡上，然后再反射回來，重合在一個探測器上，由于兩束光的行程不同，它們會產(chǎn)生干涉條紋，當(dāng)反射鏡的位置發(fā)生變化時，干涉條紋的亮度也會發(fā)生變化，這樣就可以通過測量亮度的變化來測量位移的變化。這種儀器的靈敏度可以達到10^-15米，足以探測月球的形變。

為了探測引力波，我們需要在月球表面布置一個干涉儀地震儀陣列，這個陣列由四個干涉儀地震儀組成，它們分別位于月球正面的四個角落，形成一個正方形，每個邊長約為1000公里，這樣就可以覆蓋月球正面的大部分區(qū)域。這個陣列的優(yōu)點是，它可以同時測量兩個不同的引力波極化模式，即加號模式和交叉模式，這樣就可以提高探測效率和區(qū)分能力。另外，這個陣列還可以通過比較不同地點的位移信號，來消除一些非引力波的噪聲，比如月球的自轉(zhuǎn)、潮汐或地震等。

這個實驗方案的難點是，它需要在月球表面安裝和維護這些儀器，這就需要有人類的參與，或者至少有高度自主的機器人。所以這個方案和中國的載人登月計劃有關(guān)，因為我國計劃在2029年前后實現(xiàn)人類登陸月球，并在月球正面建立一個科學(xué)基地。如果這個計劃能夠?qū)崿F(xiàn)，那么這個實驗方案就有了一個很好的契機，因為它可以利用我國的載人登月平臺，來運輸和部署這些儀器，以及提供必要的能源和通訊支持。當(dāng)然，這個實驗方案也可以和其他國家或機構(gòu)的月球探測計劃合作，只要它們能夠提供相應(yīng)的條件和資源1。

這個實驗方案的意義是，它可以探測到一些目前還無法探測到的引力波源，比如Ia型超新星的前身或中等質(zhì)量黑洞。這些源對于理解宇宙的演化和結(jié)構(gòu)有重要的作用，比如Ia型超新星是一種標準燭光，它可以用來測量宇宙的膨脹速度和加速度，從而揭示宇宙中的暗能量的性質(zhì)。而中等質(zhì)量黑洞是一種神秘的天體，它的存在性和形成機制還不清楚，它可能是星系核活動的動力源，也可能是超大質(zhì)量黑洞的種子。通過探測它們產(chǎn)生的引力波，我們可以獲得它們的質(zhì)量、自旋和位置等信息，從而增進我們對它們的認識。

總之，北京師范大學(xué)提出了一個利用月球作為一個引力波探測器的創(chuàng)新的方案，它可以填補目前引力波探測的一個空白，同時也可以為天體物理和宇宙學(xué)提供新的信息和見解。這個方案是可行的，也是有價值的，值得我們進一步的研究和實施。