阿蒙森-斯科特南極站正陷入積雪中，需要在新科學(xué)項(xiàng)目建立之前將其架高。圖片來(lái)源：RAFFAELA BUSSE CC BY-NC-ND

幾十年來(lái)，南極一直是物理學(xué)家的圣地。他們凝視著這里清澈的天空，研究大爆炸的余輝——宇宙微波背景（CMB），并利用南極冰層發(fā)現(xiàn)了來(lái)自其他星系的幾乎無(wú)法探測(cè)到的中微子。然而如今，由于基礎(chǔ)設(shè)施問(wèn)題和有限的電力供應(yīng)，兩個(gè)大型新項(xiàng)目計(jì)劃可能會(huì)推遲數(shù)年。

據(jù)《科學(xué)》報(bào)道，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF）近日向研究人員發(fā)布了一封信，表示該機(jī)構(gòu)必須處理多個(gè)南極站點(diǎn)積壓的維護(hù)工作。接下來(lái)的幾年里，NSF將只支持已經(jīng)批準(zhǔn)進(jìn)行的南極實(shí)驗(yàn)。信中說(shuō):“為南極站新項(xiàng)目尋求支持的提議者應(yīng)咨詢項(xiàng)目官員，討論備選地點(diǎn)?！?/p>

(資料圖)

這句話讓物理學(xué)家們想知道，NSF何時(shí)會(huì)推進(jìn)兩個(gè)必須在南極建設(shè)的重大項(xiàng)目——部署新的CMB望遠(yuǎn)鏡和升級(jí)“冰立方”中微子探測(cè)器。這兩個(gè)項(xiàng)目被稱為CMB-S4和IceCube-Gen2，目標(biāo)是在5年內(nèi)開(kāi)始建設(shè)。美國(guó)愛(ài)荷華大學(xué)的理論物理學(xué)家Mary Hall Reno說(shuō)：“也許在接下來(lái)的幾周里，我們會(huì)更清楚地了解這封信的實(shí)際含義?！?/p>

NSF極地項(xiàng)目辦公室代理主任James Ulvestad表示，這兩個(gè)項(xiàng)目還處于研發(fā)階段，更不用說(shuō)獲得批準(zhǔn)或撥款了。他還補(bǔ)充說(shuō)，按照目前的設(shè)想，這些項(xiàng)目可能需要提供比南極站更多的電力。

CMB-S4的目標(biāo)是對(duì)宇宙大爆炸殘余輻射進(jìn)行決定性的地面研究，這些輻射為宇宙的起源和結(jié)構(gòu)提供了豐富的線索。NSF和美國(guó)能源部耗資8.4億美元合作，CMB-S4將在智利安裝兩臺(tái)6米微波望遠(yuǎn)鏡，在南極安裝一臺(tái)5米和9臺(tái)0.5米望遠(yuǎn)鏡。

美國(guó)芝加哥大學(xué)天體物理學(xué)家兼團(tuán)隊(duì)成員John Carlstrom表示，CMB-S4團(tuán)隊(duì)準(zhǔn)備在獲得批準(zhǔn)后盡快開(kāi)始工作，希望在2028年完成。但他說(shuō)：“如果本十年末變成下一個(gè)十年末，我們就有麻煩了?！?/p>

IceCube-Gen2將增加世界上最大的中微子探測(cè)器的尺寸，該探測(cè)器通過(guò)嵌入冰層深處的光學(xué)傳感器發(fā)現(xiàn)來(lái)自太空的超高能量中微子。5160個(gè)探測(cè)器將觀察中微子與原子核碰撞時(shí)產(chǎn)生的帶電粒子輻射的光學(xué)沖擊波。去年，冰立方的物理學(xué)家報(bào)告了79個(gè)中微子來(lái)自附近一個(gè)名為NGC 1068的星系的中心，這是第一個(gè)確定的銀河系外中微子的穩(wěn)定來(lái)源。

Gen2項(xiàng)目將再部署9600個(gè)光學(xué)傳感器，將探測(cè)器的體積從1立方公里增加到8立方公里，使其能夠探測(cè)到更多的中微子源，并開(kāi)創(chuàng)中微子天文學(xué)時(shí)代。研究人員希望在2028年開(kāi)始部署，并在7到8年內(nèi)完成任務(wù)。Reno指出，如果這個(gè)項(xiàng)目推遲幾年，合作者可能會(huì)尋找其他項(xiàng)目。

但Ulvestad說(shuō)，在NSF修復(fù)基礎(chǔ)設(shè)施之前，這兩個(gè)項(xiàng)目都無(wú)法啟動(dòng)。7400平方米的阿蒙森-斯科特南極站、冰立方的支撐建筑和目前的CMB望遠(yuǎn)鏡都陷入了積雪中，需要被抬高。有48年歷史、被雪覆蓋的昆塞特小屋用來(lái)儲(chǔ)存燃料、物資和車(chē)輛，也需要進(jìn)行加固。

美國(guó)國(guó)會(huì)今年已經(jīng)為這項(xiàng)工作撥款6000萬(wàn)美元，NSF計(jì)劃在未來(lái)兩年投入類似的資金。但Ulvestad說(shuō)，將材料和人員運(yùn)送到南極的后勤工作意味著那里的工作要到2026年底才能開(kāi)始。這使得這兩個(gè)科學(xué)項(xiàng)目的建設(shè)最早要到2028年或2029年。

NSF負(fù)責(zé)研究設(shè)施的首席官員Linnea Avallone說(shuō)，在任何一個(gè)項(xiàng)目可以提交給NSF的管理機(jī)構(gòu)國(guó)家科學(xué)委員會(huì)批準(zhǔn)之前，必須經(jīng)過(guò)一個(gè)通常持續(xù)3到6年的設(shè)計(jì)階段。因此，這項(xiàng)計(jì)劃可能要到十年末才能獲得批準(zhǔn)，極地研究工作也將在幾年后才開(kāi)始。

電力問(wèn)題是尚未解決的問(wèn)題之一。CMB-S4需要170千瓦電力，比目前的CMB望遠(yuǎn)鏡多20%。最終，IceCube- gen2將需要190千瓦電力，是冰立方的2.5倍。但南極的電力有限，僅由一臺(tái)發(fā)電量在600至700千瓦的柴油發(fā)電機(jī)提供。

美國(guó)威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的物理學(xué)家和冰立方團(tuán)隊(duì)成員Albrecht Karle說(shuō)，原則上，NSF可以安裝更多發(fā)電機(jī)，并將更多燃料運(yùn)到極點(diǎn)。自2006年以來(lái)，大多數(shù)燃料是從麥克默多站出發(fā)，用拖拉機(jī)在陸地上拖走1600公里，即所謂的“南極穿越”。

但Ulvestad說(shuō)，NSF每個(gè)賽季進(jìn)行三次穿越，出于安全考慮，不太可能增加次數(shù)。Ulvestad說(shuō)，提高南極的電網(wǎng)容量還需要一個(gè)單獨(dú)的項(xiàng)目，甚至在2040年之前都無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

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