與南極點望遠鏡的美麗邂逅(二)

 


來源:上觀新聞 作者:周勵

羅素說過:“只有理解的東西才能更深刻地感受它”。在南極點,我有幸親睹了與南極點望遠鏡比鄰、大名鼎鼎的國際合作項目:“冰立方”中微子探測望遠鏡矩陣(ICT)。

探秘宇宙冰凍天文站:“我們從哪里來?”“我們到哪里去?

南極點望遠鏡

居里夫人說:“一切科學發現都像童話般的美麗。”

作為一名極地探險與天文愛好者,我非常幸運有機會近距離窺探阿蒙森·斯科特站內部及南極點望遠鏡、“冰立方”的真容!

令世界矚目的南極點望遠鏡(SPT)是建立在阿蒙森·斯科特美國科考站上的。不少國內媒體寫為南極(點)望遠鏡,省略了“點”字 ,此舉不妥。舉個列子:外灘5號和青浦朱家角都在“上海”的大概念之下;我到訪過南極半島與喬治王島的長城站,南緯62-68度,氣候相對和煦,可將之比喻為上海郊區朱家角;而南極點在南極洲內深腹地,南緯90度,冰天雪地,可比喻為上海市中心外灘5號。大部分游客玩了朱家角而沒能去外灘就打道回府了。所以說廣緲的南極與南極點是絕然不同的概念。后者四季冰封,最冷達零下80度,相比南極半島和北極點而言——2016年7月我乘坐俄羅斯核動力破冰船抵達——南極點是地球最難抵達之處。加上南極點科考站不對外開放,必須由美國有關機構帶領才可進入參觀。我非常幸運在網上找到南極點探險網站,提前一年報名,終得探訪向往已久的美國阿蒙森·斯科特科考站!

南極點望遠鏡與馬丁-A-波默蘭茨天文臺

在資深導游帶領下,我們爬上三樓的科考站露臺。一眼望去,陽光下的白色冰原晶瑩剔透,龐大的南極天文站和南極點望遠鏡(SPT)魅力十足!南極望遠鏡是一個10米直徑的射電望遠鏡和一個微波/毫米波望遠鏡,觀測頻率范圍在70-300千兆赫茲之間,它的主要科學任務是調查南天球數千個星系團之間的神秘聯系,這些星系團因暗能量的約束而處于相對平衡狀態;同時也觀測太空小行星對地球任何可能的潛在威脅。南極點望遠鏡由美國芝加哥大學和哈佛-史密松天體物理中心等八個機構的科研小組共同運行,美國國家科學基金會提供資助。其中哈佛-史密松天體物理中心的物理學家史蒂文·溫伯格獲得1978諾貝爾物理學獎!

照片右側在太陽下閃爍的淺棕色望遠鏡為南極點馬丁天文臺。馬丁·波默蘭茨是美國著名物理學家和南極天文學發展領導者,2004年他出版了科學自傳《冰上天文學》。

馬丁·波默蘭茨,南極點天文臺以他命名

馬丁天文臺同樣令我著迷。這是一座兩層樓的建筑,擁有270平方米的四個項目的實驗室設備——南極最牛的冰立方天文臺中微子探測器陣列(AMANDA),南極紅外探測器、宇宙背景輻射各向異性實驗、以及高級望遠鏡項目:后三個項目屬于芝加哥與哈佛大學的南極洲天體物理研究中心。

上圖2我拍攝的照片中間部位的黑色建筑是宇宙泛星系偏振背景成像(BICEP)望遠鏡。這已是第三代望遠鏡BICEP3,建成于2014年,它採用用於凱克陣列的嶄新科技,不再倚賴大型液態氦杜瓦瓶來製冷(這是最麻煩最耗時的)。

1997年哈佛天文中心科學家首次從觀測上確認了黑洞周圍的事件視界:例如銀河系中央的特大質量黑洞人馬座A, 其具有約四百萬太陽質量、30倍太陽體積,然而它的事件視界看起來仍僅有55微角秒,相當于從地球探窺一顆放在月球上的小籠包(比橘子還小)。

眼前的BICEP3與一個永恒的問號有關:“我們從哪里來?”“我們到哪里去?”時間起始于宇宙大爆炸。科學家認為緊接著大爆炸就發生的宇宙暴脹,使星球之間的距離不斷拉大,超光速的空間膨脹會產生可觀測到的引力波及黑洞。試想幾億年后,如若宇宙暗能量暗物質變遷,從爆脹變轉化為萎縮,或將再次發生137億年前的宇宙大爆炸?南極點望遠鏡望遠鏡伴隨著哈姆雷特的名言: “生,還是死,這是一個問題。” 讓我們都珍惜地球繁榮和平的每一天吧!

EHT:人類首張黑洞照片

在4月10號公布的首張黑洞照片背后,南極點望遠鏡是“事件視界望遠鏡(EHT)的創始領軍者。EHT以觀測星系特大質量黑洞中心為主要目標,以甚長基線干涉技術(VLBI)結合世界各地射電望遠鏡同時觀測“事件視界”,借此檢驗愛因斯坦廣義相對論在黑洞附近強重力場下產生的吸積盤及噴流。這次國際合作由智利、南極點、夏威夷、墨西哥、西班牙等八個地面射電望遠鏡組成,口徑等于整個地球直徑。中國天文臺宣布在未來五年里將獲得“事件視界望遠鏡”成員、夏威夷麥克斯韋望遠鏡(JCMT)的觀測時間。有朋友問我:既然參加了世界六地新聞發布會,為何中國天眼FAST沒有參加此次黑洞觀測?這與觀測主角智利阿塔卡馬大型毫米波亞毫米波陣列(ALMA)的主體位置有關:中國FAST地處ALMA背面,因而無緣此次觀測。中國極地研究中心主任、昆侖站建站領隊和首席科學家楊惠根告訴我:“中國將在南極昆侖站建立射電望遠鏡天文臺,并且爭取獲諾貝爾物理學獎。”他睿智的眼神閃動著真摯豪邁的光芒。我不認為這是天方夜譚。南緯80度的昆侖站位于冰穹A頂點,海拔4087米,比南極點高出近1000米,是地球上最接近宇宙星團的地方,自然條件優于南極點美國科考站。天降大任,我深信楊惠根和中國太空物理科學家的抱負與理想會在不遠的未來美夢成真!

我曾于2018年春在報刊上發表了探訪中微子感測器和南極點冰立方的《三吻南極點》,絢麗神奇的宇宙,我們都是凡塵微小過客,但遠方的夢讓我們內心像壯麗的懸日和璀璨的星空。探索探險,總是令人激情澎湃。

黎明時分阿蒙森-斯科特南極站冰立方實驗室——世界上最大的中微子探測儀

羅素說過:“只有理解的東西才能更深刻地感受它”。

在南極點,我有幸親睹了與南極點望遠鏡比鄰、大名鼎鼎的國際合作項目:“冰立方”中微子探測望遠鏡矩陣(ICT)。可謂“沒有最牛,只有更牛”呵!宇宙奧秘令人著迷,我們從孩童時代就樂此不疲了。中微子居然能從南極點冰立方穿越冰層地心抵達北極點后, 再“出竅”游弋宇宙外太空!

耗資2.79億美元的冰立方由86根裝置著5160個傳感器的冰洞電纜探測器列陣( AMANDA)組成,冰洞向下延伸至2.5平方公里深度,利用南極純凈的古老堅冰層作巨型“望遠鏡”,其使命是以地球作過濾器,搜尋穿透地球的迷人美麗的中微子“藍光”!神秘的中微子在宇宙遙遠星系的猛烈相撞中產生,它們能在太空里穿行幾十億光年,攜帶著我們星系和黑洞誕生的重要信息。為避免大氣干擾,冰立方傳感器直接瞄準下方,經地心指向北極點!2010年至2012年科學家們共捕獲到28個外太空超高能中微子“藍光”,其能量都超過30萬億電子伏特。2017年9月22日,通過世界上最大的中微子探測器——位于南極點的“冰立方”(IceCube Neutrino Observatory),終于探測到了神秘的 “幽靈粒子” !此次發現的粒子穿越40億光年到達南極點科考站!2018年7月12日,美國航天局NASA鎖定其來源:它們來自一種高度活躍的橢圓形星系,即所謂的“耀變體”(blazar)其中心內部潛藏著一個巨大的黑洞,釋放出的輻射能夠直抵地球。也就是說,這種高能宇宙中微子來自銀河系之外。馬丁天文站冰立方“捕捉”到的中微子輻射源距離地球40億光年,比4月10日M87黑洞5500萬光年竟高出73倍!中微子是宇宙大爆炸(Big Bang)的神秘詮釋者,“冰立方中微子探測矩陣”的日本、美國和加拿大科學家共同獲得了1987、1997、2002、2015諾貝爾物理學獎!真是太牛了!

2018年7月美國航天局和《科學》雜志宣布中微子探秘最新發現

作者攝于南極點2017.11.27 :阿蒙森·斯科特科考站長廊陳列諾貝爾物理學獎“戰果”:中微子球形探測儀原件

這就是1957年伯德上將創立南極點以來人類探秘宇宙的豐碩成果。這里是最純凈剔透、凝聚著人類卓越“大腦風暴”的冰凍天文臺!


 

 

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