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埋进南极冰层两公里半,冰立方天文台

2026-11-09

在阿蒙森・史考特南极站附近的冻原之下,埋藏着全球规模最大的中微子望远镜,冰立方中微子天文台。整套设备沉在大约 2.44 公里深的冰层当中,目标锁定那些以光速穿行、很难捕捉的中微子。这类粒子诞生在剧烈的宇宙事件里面,遥远星系碰撞、黑洞活动,都有可能释放它们。

中微子可以连续飞行几十亿光年,磁场和普通原子很难改变它前进路线,也不容易把它吸收。如果能够追踪它的轨迹,就可以顺着线索找到源头,解开黑洞、星系演化相关的谜题。想要做到这件事,第一步就是捕捉中微子和冰层原子相撞的瞬间。撞击会生成 μ 介子,同时放出一道淡蓝色的光,也就是切伦科夫辐射。南极冰层透明度足够高,埋在冰里的光学传感器就有机会捕捉这一束蓝光。

整套观测阵列由多串传感器组成,每一条线缆上面搭载六十个传感器,一共布设八十六串,合计五千一百六十个光学传感器。施工阶段,工作人员用热水钻出冰洞,每一个孔洞都需要融化二十万加仑的冰,再把串好的探测器送入冰层。靠近冰面还有一层配套的 IceTop,由两层探测器搭建而成。

项目总投入 2.79 亿美元,美国国家科学基金会提供其中 2.42 亿美元资助。全部建造工序直到后期才收尾,在此之前,科研团队已经依靠已经就位的设备持续采集观测数据。

为避开干扰,探测器选择特殊朝向。大气中的宇宙射线会制造海量中微子,数量远高于来自深空的信号。冰立方把探测方向对准地心,朝向另一侧的天空,把整个地球当成天然过滤器,筛选出穿过整个星球之后才撞上冰层的中微子。早年的 AMANDA 探测器,也采用类似思路。

选址需要同时满足几项硬性条件。观测区域必须足够黑暗,隔绝自然光;冰层通透,方便传感器捕捉微弱的蓝光;埋深足够,挡住南半球宇宙射线带来的杂讯。南极冰川以纯水冰为主,气泡和杂质更少,内部原子密度更高,提升中微子发生碰撞的概率。探测器体积越大,撞上的机会越多,观测成功的概率随之上升。

拿到蓝光信号之后,科研人员再依靠记录反推中微子行进方向,区分信号来自黑洞,还是星系撞击。这些粒子不带太多额外标记,只靠单次撞击很难确认源头,需要积累大量观测记录交叉比对。

在地面,配套实验室就坐落在南极冻原之上。严寒、偏远的环境抬高运维门槛,却刚好给这台特殊望远镜造出一处别处很难复刻的观测场地。等到更多高能中微子信号被稳定记录,人类就能拿到一条独立于可见光、无线电波之外的通道,去查看宇宙深处那些爆发最猛烈的天体。

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