阿贡国家实验室的物理学家谈论了南极望远镜的工作
【菜科解读】
阿贡国家实验室的物理学家谈论了南极望远镜的工作以及为什么它很重要
据cnBeta：想要了解宇宙进化的秘密，通过研究几十亿年前发出的光或许是最佳途径。
而研究它们的最佳场所自然是南极，寒冷、干燥是研究宇宙中最古老光线的最佳条件。
所以，包括芝加哥大学和阿贡国家实验室在内的 20 多所大学和国家实验室合作启动了 The South Pole Telescope 项目，并于 2007 年开始运行。
在接受科技媒体 Scitechdaily 采访的时候，来自阿贡国家实验室的两位物理学家谈论了他们在南极望远镜的工作以及为什么它很重要。
Lindsey Bleem 在望远镜上收集和分析数据，Clarence Chang 则为望远镜开发超导探测器。
什么是宇宙微波背景？它能告诉我们关于宇宙的什么？
Chang：宇宙微波背景（cosmic microwave background，CMB）是在宇宙大约 38 万年的时候产生的信号。
它对应的时期是宇宙从质子和电子飞来飞去的超热等离子体转变为在宇宙冷却到一定程度后，质子和电子可以形成原子。
今天，这个信号出现在较长的波长，在微波范围内（几毫米）。
因此，通过研究和观察这些波长的宇宙，我们可以看到早期的宇宙--基本上，捕捉到一个婴儿的照片。
Bleem：自从 20 世纪 60 年代首次发现 CMB 以来，我们就知道它是非常均匀的。
温度的偏差，也就是 Chang 谈到的这个早期等离子体的密度变化，只有大约十万分之一的偏差。
我们知道，这些小的波动不得不在整个宇宙时代增长。
除了给我们提供这张漂亮的照片，有效地，婴儿宇宙的照片，当时发出的光一直在宇宙的整个时代旅行，140 亿年。
它与所有自这些早期时代形成的结构相互作用。
因此，我们可以研究这些结构在 CMB 中留下的非常微妙的印记，以真正找出从它被发射出来到今天所发生的过程和物理学。
是如何研究的？
Bleem：我们通过几个重要的、不同的科学分析来做到这一点。
一个是所谓的引力透镜（gravitational lensing）。
这是指沿视线的天文质量实际上可以使光的路径发生偏转。
第二个是物理学，当光子--来自宇宙微波背景的光--可以从这些中间结构的材料上散射开来时发生的。
我们可以追踪这种散射过程，然后绘制出沿视线的结构图，这可以帮助我们探测像暗能量这样的东西，暗能量严重影响了真正大规模结构如星系团的形成能力。
为什么这个望远镜要设立在南极？
Bleem：南极本身，正如你可能从图片上想象的那样，是相当寒冷的。
它非常干燥。
它是世界上最大的沙漠。
这使得它成为我们在南极望远镜所做的天文学研究的一个奇妙的地方。
我们的望远镜以毫米级的波长进行观测。
大气层中的水削弱了我们感兴趣的毫米波长，而且水分子的抖动会给数据增加很大的噪音来源。
因此，我们必须到这些偏远的干燥地方去做这些观测。
而事实证明，南极是地球上绝对最好的地方，其次是智利的阿塔卡马沙漠。
在那种环境下工作是什么感觉？
Chang：我们在南极是因为那里很干燥。
这种干燥对我们的观察是很好的。
但是作为人类，我们喜欢空气中的一点点湿度。
这是一个有点挑战性的东西，也会干扰到每天的工作方式。
Bleem：是的，这里不是最适合人类的。
你的皮肤会开裂。
在南极，伤口不会愈合得很好。
在那种干燥的环境中，对计算机来说不是很好。
实际上，菜叶说说，我们有一个加湿器，在我们的一台电脑上吹气，使它运行得更愉快。
你在阿贡实验室的工作与望远镜有什么联系？
Chang：在阿贡，我们为探测器开发了一种超导技术。
这些探测器必须测量波长相当长的光子--通常是一毫米、两毫米、三毫米。
典型的相机技术，如我们手机中使用的技术，即使被推到极致，仍然不能很好地看到这些光子。
事实上，它根本就看不到它们。
所以我们必须制造一种新的技术来做到这一点。
其核心是，这意味着了解和控制超导材料，然后对其进行加工，以制造这些真正敏感的探测器，并制造大量的探测器。
在阿贡，在研究基本材料和将其应用于不同技术方面有一个强大的计划。
#p#分页标题#e#Bleem：我们还将我们的探测器开发与使用阿贡领导力计算设施中最先进的超级计算机进行的所有工作紧密结合起来。
因此，我们能够进行重要的理论预测，使我们能够将我们用南极望远镜进行的观测与不同宇宙学模型对我们应该看到的东西的预测联系起来。
因此，在阿贡有这种真正强大的相互联系，不仅在宇宙学家和材料制造设施以及那里的科学家之间，而且还与我们伟大的计算专家联系。
南极望远镜由美国国家科学基金会、美国能源部高能物理办公室、卡夫里宇宙学物理研究所、美国南极计划和南极支持合同资助和支持。
南极洲发现世界上最古老的冰芯？可能保存了500万年
现在，科学家们已经确定了可能是世界上最古老的冰芯的日期，其中一些部分可能保存了500万年前的样本。
南极洲等地的冰就像一个时间胶囊：它古老的、被困住的气泡提可以捕捉到几千年甚至几百万年前的地球大气的原始样本。
科学家们一直在寻找越来越古老的冰来扩大地球的气候记录。
像二氧化碳浓度这样的标志物可以与其他古代记录进行交叉检验，以更深入地了解遥远的过去气候是什么样的，以及事情是如何变化的。
现在，一个研究小组可能比以往任何时候都更深入地了解了迄今为止钻探到的最古老的冰芯。
该样本取自南极洲的Ong Valley，那里的冰川漂移使古冰层相对接近地表，受到一层岩石的保护。
在2017年和2018年的南半球夏季，该团队钻探了一个长9.5米（31英尺）的冰芯，并在此后分析了不同深度的材料的年龄。
研究人员检查了整个冰芯中铍、氖和铝的同位素的积累情况。
这些同位素是由高能宇宙射线与岩石物质碰撞产生的，其浓度可以提供一个指示，说明一个层最后暴露在表面的时间。
由此，研究小组能够计算出，该冰芯是由两个大的冰块堆积在一起组成的，这可能是由两个独立的冰川事件引起的。
上面的部分估计有300万年左右的历史，而下面的部分被测定为430万至510万年之间。
这几乎是之前的记录保持者（270万年）的两倍。
当然，这些都是估计，虽然可能有误差的空间，但研究小组说，分析三种不同的同位素使他们对年龄范围相当有信心。
虽然对400或500万年前的地球的一瞥无疑是非常宝贵的，但科学家们把目光投向了保存气候连续记录的冰芯。
目前的记录保持者横跨80万年，但科学家们的目标是收集不间断地延伸到一百万年的冰芯。
其中一些项目，包括Beyond EPICA，已经进行了几年的钻探活动。
这项新研究发表在《Cryosphere》杂志上。
相关报道：科学家发现世界上最古老冰芯（神秘的地球uux.cn报道）据中国科学报（李木子）：南极洲的冰层就像一个时间胶囊，其中的古老气泡提供了数千年前的地球大气层快照。
为了延长地球的气候记录，科学家一直在寻找最古老的冰层。
如今，一个团队可能发现了“金矿”。
研究人员在横贯南极山脉的昂谷发现了一根近10米长、充满沉积物的冰芯。
他们估计这些冰有500万年的历史，可能是迄今为止发现的最古老的冰。
科学家7月15日发表在《冰冻圈》杂志上的用于测量冰芯年代的方法，可能为研究其他更古老的冰层样本铺平了道路。
大多数用于科研的冰芯都是从南极洲东部的一些地点收集的，那里的冰层由于降水而一层层沉积下来，甚至比昂谷的冰层更干净。
几个国际团队正在竞相从这些更为有序的地下深层沉积物中提取最古老的连续冰芯，并希望能得到延伸至150万年前的无缝大气情况时间线。
然而，新的方法可以确定更古老冰层样本的年代。
这些样本是由冰川沉积而成的，因为它们更接近地表，所以更容易获取。
这是文章主要作者Marie Bergelin的观点。
作为一位冰川地质学家，她在美国北达科他大学工作期间曾参与了昂谷冰川项目。
Bergelin并没有深入地下钻取冰芯，而是寻思：“我们还能在哪里找到古老的冰？我们还能去哪里找到独特的矿床？”2017~2018年，研究人员在昂谷收集了冰芯，他们选择的提取地点远离任何可能污染样本的落石区域。
研究人员根据对该地区冰沉积情况的了解开发了一个模型，描述了稀有的铍、铝和氖同位素是如何随时间推移在冰中累积的。
在将该模型的预测结果与10米长冰芯中测得的同位素剖面进行比较后，他们估算出，在一定深度内，一些冰的历史大约有300万年。
在该深度以下，同位素浓度远高于预期，这使得研究小组得出结论，在昂谷的这一地区，两个独立的冰层相互堆叠。
他们估计，其中更古老、更深的冰层年代在430万年到510万年之间。
纽约城市大学冰川地质学家Alia Lesnek说：“他们实际上为这片冰层提供了以前无法做到的数据分析，这令人非常兴奋。
”其他研究人员对该结果表示质疑，因为Bergelin和同事没有收集到碳同位素水平等数据，而根据这些数据可能会得出不同的年代。
科学家还想知道，该模型是否能适用于昂谷以外的冰层。
Bergelin说，测量3种同位素应该足以得出结论，因为大多数研究只使用一种或两种同位素，而碳14的衰变速度太快，无法确定数百万年前的冰层年代。
她认为，该模型可以应用于其他具有类似、孤立和埋藏冰层的南极地区。
尽管如此，科学家仍然对该冰层的年代及其意义感到兴奋。
“这项研究提供了非常有力的证据，证明冰芯或冰层样本可以保存300万年或400万年。
”曾就职于普林斯顿大学的古气候学家Yuzhen Yan说，“这为未来的钻取作业开辟了新的可能性。
”目前，最古老的连续冰芯可以追溯到80万年前的气候记录。
但科学家希望有一个不间断的环境记录，可以追溯到大约100万年前，当时地球气候发生了重大变化，冰河期的周期减缓。
理解发生这种突然变化的原因，可能有助科学家明确今天的气候变暖将带来什么。
一些项目已经开始钻探。
其中包括俄罗斯的VOICE项目和10个欧洲国家的合作项目Beyond EPICA。
“我们的目标是从南极洲的不同地方获得多个冰芯，以确保记录的准确性。
因此，只有一个国家或一个团体是不可能做到的。
”日本东京国家极地研究所的古气候学家Kenji Kawamura说。
