阿蒙森-斯科特南極站正陷入積雪中，需要在新科學項目建立之前將其架高。圖片來源：RAFFAELA BUSSE CC BY-NC-ND

幾十年來，南極一直是物理學家的圣地。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)了來自其他星系的幾乎無法探測到的中微子。然而如今，由于基礎設施問題和有限的電力供應，兩個大型新項目計劃可能會推遲數(shù)年。

據(jù)《科學》報道，美國國家科學基金會（NSF）近日向研究人員發(fā)布了一封信，表示該機構必須處理多個南極站點積壓的維護工作。接下來的幾年里，NSF將只支持已經(jīng)批準進行的南極實驗。信中說:“為南極站新項目尋求支持的提議者應咨詢項目官員，討論備選地點?！?/p>

(資料圖)

這句話讓物理學家們想知道，NSF何時會推進兩個必須在南極建設的重大項目——部署新的CMB望遠鏡和升級“冰立方”中微子探測器。這兩個項目被稱為CMB-S4和IceCube-Gen2，目標是在5年內(nèi)開始建設。美國愛荷華大學的理論物理學家Mary Hall Reno說：“也許在接下來的幾周里，我們會更清楚地了解這封信的實際含義。”

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

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

美國芝加哥大學天體物理學家兼團隊成員John Carlstrom表示，CMB-S4團隊準備在獲得批準后盡快開始工作，希望在2028年完成。但他說：“如果本十年末變成下一個十年末，我們就有麻煩了?！?/p>

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

Gen2項目將再部署9600個光學傳感器，將探測器的體積從1立方公里增加到8立方公里，使其能夠探測到更多的中微子源，并開創(chuàng)中微子天文學時代。研究人員希望在2028年開始部署，并在7到8年內(nèi)完成任務。Reno指出，如果這個項目推遲幾年，合作者可能會尋找其他項目。

但Ulvestad說，在NSF修復基礎設施之前，這兩個項目都無法啟動。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儲存燃料、物資和車輛，也需要進行加固。

美國國會今年已經(jīng)為這項工作撥款6000萬美元，NSF計劃在未來兩年投入類似的資金。但Ulvestad說，將材料和人員運送到南極的后勤工作意味著那里的工作要到2026年底才能開始。這使得這兩個科學項目的建設最早要到2028年或2029年。

NSF負責研究設施的首席官員Linnea Avallone說，在任何一個項目可以提交給NSF的管理機構國家科學委員會批準之前，必須經(jīng)過一個通常持續(xù)3到6年的設計階段。因此，這項計劃可能要到十年末才能獲得批準，極地研究工作也將在幾年后才開始。

電力問題是尚未解決的問題之一。CMB-S4需要170千瓦電力，比目前的CMB望遠鏡多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，僅由一臺發(fā)電量在600至700千瓦的柴油發(fā)電機提供。

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

但Ulvestad說，NSF每個賽季進行三次穿越，出于安全考慮，不太可能增加次數(shù)。Ulvestad說，提高南極的電網(wǎng)容量還需要一個單獨的項目，甚至在2040年之前都無法實現(xiàn)。

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