基礎設施問題拖南極大型物理項目“后腿”

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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），并利用南極冰層發現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年。

據《科學》報道，美國國家科學基金會（NSF）近日向研究人員發布了一封信，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。”

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。”

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現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，必須經過一個通常持續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，僅由一臺發電量在600至700千瓦的柴油發電機提供。

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可以安裝更多發電機，并將更多燃料運到極點。自2006年以來，大多數燃料是從麥克默多站出發，用拖拉機在陸地上拖走1600公里，即所謂的“南極穿越”。