冰雪世界:值得關注的南極七大實驗

  1959年12月,12個國家簽訂《南極條約》並於1961年生效,迄今各國在世界上最偏遠的大陸——南極洲已建有60多個觀測站和100多個考察基地。

  今年,29個國家在南極洲開展科學研究,這意味著從今年10月到明年3月,將有大約800名科學家和支持人員前往南極洲開展夏季考察,其中,僅僅美國就有100多個研究項目,這些研究項目將對很多關鍵的問題進行調查,包括氣候如何變化;宇宙最初始的面貌等。美國媒體近日為我們列出了需要關注的七大實驗。

中國南極科考站

  1、海洋中的食物鏈

  納撒尼爾·B·帕爾默科考船是一艘281英尺(約86米)的破冰船,其主要負責運送參與AML實驗的研究人員在海上搜尋兩英吋長的甲殼綱動物——野生磷蝦。

  南極磷蝦

  在南極生活的企鵝、鯨魚以及人都以野生磷蝦作為食物來源。儘管對野生磷蝦的研究已經進行了30年,但生態學家們對其過冬模式仍然知之甚少。AML團隊正在進行一項為期5年的研究,希望最終繪製出隱藏於海冰之下的野生磷蝦的分佈圖,目前研究已經進入第三年。這項研究將有助於美國政府對南極洲的磷蝦捕撈業進行管理。

  2、全球海冰融化

  嵌入南極洲冰塊內的全球定位系統(GPS)和地震傳感器與位於格陵蘭島上的傳感器一起,編織了一張密實的極地冰觀測網(POLENET)。

  今年,研究團隊將在另外三個地點鋪設傳感器,計劃每處鋪設重達3000磅的監控設備。這些設備收集到的數據將幫助地理科學家們預測,隨著南極洲西部的冰面不斷融化,地球的地殼會如何回升。

構建極地觀測網的傳感器

  這一項目或許可以讓科學家們確定,海冰的不斷融化是否正如其他科學家們年初時發現的那樣,是一個像脫韁的野馬一樣無法控制的過程,以及這種回升是否會導致地震和火山爆發。

  3、捕捉飄忽的中微子粒子

  數十年來,天文學家們一直希望能夠探尋到中微子粒子,這種“神龍見首不見尾”的粒子將有助於科學家們釐清自然界中的一些神秘現象,比如超新星的工作原理以及暗物質的實質。

冰立方實驗室

  傳統的中微子探測器,比如位於日本的“超級神岡(super-kamiokande)”探測器是水罐,建立在廢棄的礦井之下。而“冰立方中微子天文台(IceCube)”的大小為超級神岡的2萬倍,但成本僅為其2倍。

  “冰立方中微子天文台”是科學家們迄今設計的最瘋狂的觀測台之一,其位於南極洲約2.4公里深的冰層下1立方公里的冰塊內,由86根裝備了傳感器的電纜所組成,每根電纜包含有60個光學傳感器,這5160個傳感器的使命就是搜尋太陽系和我們所在的星系外的中微子。

  2010年,“冰立方中微子天文台”竣工,2012年,其發佈了首個觀測結論。迄今為止,科學家們已經捕獲到了30多個中微子。今年,該研究團隊將對去年安裝的計算機進行測試,他們希望這台計算機能使探測器更加自動化,而且能發現宇宙中的中微子源於何處的線索。

  4、“襁褓”宇宙

  美國哈佛—史密森天體物理學中心今年3月17日舉行新聞發佈會,宣佈研究人員利用位於南極的BICEP2(宇宙泛星系偏震背景成像)望遠鏡,觀測到了宇宙誕生初期急劇膨脹(暴脹)的首個直接證據。

  根據宇宙大爆炸理論,宇宙在大爆炸後不到1秒的時間裡膨脹了1078倍,這一過程被稱為“暴脹期”。大爆炸形成的“最古老的光”穿越漫長時空,成為均勻散佈在宇宙空間中的微弱電磁波,彷彿是宇宙的背景,因而被稱為“宇宙微波背景輻射”。BICEP2望遠鏡的觀測對象,便是“宇宙微波背景輻射”這一“大爆炸的遺跡”。

  BICEP2望遠鏡

  哈佛—史密森天體物理學中心等機構的物理學家首次從“宇宙微波背景輻射”中發現了磁性偏振信號,並經過3年多的分析認為,這種偏振正是大爆炸瞬間產生的“原初引力波”造成的,從而獲得了支持宇宙“暴脹期”理論的最有力證據。美國哈佛大學理論物理學家阿維勒布表示,這個發現“揭示了宇宙如何開始等最根本問題”。

  但最新研究也引發了一些科學家的質疑,他們認為需要更多的證據來證實或者證偽這一發現,有鑒於此,科學家們在南極鋪設了BICEP3。BICEP3擁有的傳感器比其前任多5倍,且觀測視角為其前任的3倍,它將幫助證實或者證偽BICEP2提供的研究結論。

浮游植物採樣

  5、黑暗中的微生物

  生物學家們對於那些靠太陽生活但在南極洲暗無天日的冬季也能存活的微生物知之甚少。因此,ALPS研究團隊在兩個冰雪覆蓋的湖泊內鋪設了傳感器。這些海藻探測器、浮游植物採樣器以及水化學分析設備可用於全年的數據收集。

  該研究團隊將於這個冬天首次獲得第一手的冬季數據。研究結論將幫助天體生物學家們預測,在冰雪覆蓋的天體,比如木星的衛星“歐羅巴(Europa)”上,是否也有同樣的微生物生存。

  6、隱藏的恆星

  因為南極洲位於極地的右邊,在那個地方,地球混亂的大氣層非常穩定而且可以預測。這就意味著,巨大的氣球——有些比球場還要寬、像華盛頓紀念碑(高169米)一樣高的大氣球能夠圍繞南極洲大陸旋轉並最終仍然落到其出發點附近。

  長時間氣球

  這個季節,“長時間氣球(Long-Duration Ballooning)”研究團隊將使用大約1700磅重的伽馬射線望遠鏡,觀察由於地球大氣層的阻隔而不可見的恆星。這一技術提供的研究結論可與利用宇宙飛船進行的研究相媲美,但成本要低很多。

  7、企鵝的進化

  企鵝是一種非常重要的食肉動物,它們揭示了南大洋的生態系統如何適應氣候變化。

  企鵝

  “企鵝科學(Penguin Science)”研究團隊的科學家們目前正使用位於南極洲冰面下擁有4.5萬年歷史的骨頭和蛋殼以及對活的阿德裡企鵝進行長達15年的研究收集到的數據,描述企鵝對環境的適應情況。

  今年,該研究團隊將集中釐清的問題是,企鵝的覓食能力究竟是一種後天習得的能力還是遺傳特徵以及這種能力是否能隨著海冰的融化而繼續保持下去。




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