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原初引力波的探索是一项震撼性的物理事件,驻扎在南极观测站的科学家走进了大众视野,科学家通过亲身经历讲述了他们在重大的科学发现过程中遇到的困境和享受的乐趣。科学家苏迪瓦拉讲述了自己的南极经历。2009年,BICEP2或南极引力波项目的科学团队在南极观测站设立了仪器,研究目标锁定了对宇宙大爆炸直接证据的搜索,宇宙大爆炸理论十分成功地诠释了宇宙的演化历史,在宇宙大爆炸发生之后的数亿分之一秒,宇宙物质发生了奇异的变化。引力波观测站设在南极,南极大陆的天空清澈而明朗,避开了人造光和无线电波的污染或干扰,在南极大陆的大气中,水蒸气浓度最低,电磁波和水蒸气吸收了太空的电磁波,对天文观测和记录产生了阻碍作用。南极是地球上理想的天文观测之地,南极天空远离微波辐射的污染。
BICEP2的科学团队使用了南极天文台,2014年3月17日,各国的科学媒体纷纷报道了BICEP2科学团队的发现成果,但他们的发现出现了误差。加州理工大学位于帕萨迪纳,加州理工的科研人员对BICEP科学项目2进行了设计和建构,已故的科学家安德鲁·兰格召集了一支科学团队,哈佛大学的科瓦奇、加州理工学院的杰米·博克、斯坦福大学的郭朝林和明尼苏达大学的克莱姆·普莱基担任了科学团队的共同负责人。苏迪瓦拉在2007年加入了项目团队,具体负责仪器设备的开发和维护,他从英国的卡迪夫大学借调而来。2009年秋季,包括苏迪瓦拉在内一行人得到了项目经费的赞助。
他们从阳光灿烂的南加州出发,到达了冰天雪地的南极阿蒙森·史考特天文站。第一站飞到了新西兰,在那里准备好了应对极寒天气的衣物和用具,从新西兰飞到了位于罗斯岛的麦克默多南极站,从麦克默多中转站飞到终点站。在团队成员驻扎的终点站,气温下降到了零下50摄氏度,极寒空气刺痛了苏迪瓦拉的双眼和肺部,从位于终点站附近的停机坪步行了一段很短的路程,终于到达了南极天文站。从停机坪走到南极站,苏迪瓦拉和队友的呼吸十分困难,上气不接下气。BICEP2南极站的海拔高度为1万英尺或3048米,南极望远镜距离终点站为1/4英里或1.6公里。在最初的几次步行时,队员很不适应南极寒冷的气候,感觉像是走了很长的一段路程。
要完成艰巨的科学观测项目,首先要准备好科学的仪器和设备,南极天文台缺少一个经过简单整理的场地,经过校对的仪器、望远镜外壳、超相机摄像管、光学器件、冷却装置、大量缠绕的电缆和所有重要的探测器都要在现场安装和校准,然后安装、运行和调试软件系统。在建造天文观测站时要检测望远镜的底座,残酷的南极天气可能造成望远镜底座的磨损。铲除积雪是一项非常艰苦的劳动,团队成员携带扫帚、真空吸尘器和雪铲。苏迪瓦拉在清除积雪时心脏受到了敲击,铲雪的时间长了,次数多了,团队成员逐渐习惯了南极高地的气候。
在数天到数周的时间,他们陆续接收了BICEP2项目包装仪器和设备的板条箱,科学家成员陆续加入了团队,南极天文观测站的搭建工作量巨大,建造日程表排得满满当当,时钟的滴答声催促了他们的工作节奏。队员互相帮助,专家和员工分工不分家,做什么、在什么地方做、什么时候做,他们都表现了分工协作精神。苏迪瓦拉是一名系统工程师,擅长于仪器和设备工程,,在低温学、电子学和控制系统领域有特别的知识和技能,队员在南极天文站铺设了大量电缆,有5位以上的博士研究员参加了电缆线路的铺装和测试工作。2009年2月13日,BICEP2项目的仪器和设备准备启动,所有仪器和设备的运行程序在帕萨迪纳进行了两年的测试,队员在南极天文站仅用三周时间完成了程序的运行。
2014年12月16日,整个仪器和设备系统得到了充分冷却,经过最初的运行和校验,团队成员接收了第一批的观测数据。测量宇宙“第一缕光线”,他们倍感兴奋。已准备好了所有的作业程序。苏迪瓦拉最关心探测器的工作温度,探测器需要在最冷的温度环境运转,南极天文台使用了一台比液态氦的温度还低的冷冻设备,冷冻机在帕萨迪纳测试时出现了一些问题,在南极站对冷冻机做了少量的调整,机器可在85小时保持低温状态。
冰天雪地的南极培养了科学家“天时地利”的幽默感,有一架运载科学家同事的飞机被迫在南极站的上空盘旋了几个小时,队员眼睁睁地看着运载人员和物质的飞机不能落地,被迫返回麦克默多科考站,无赖的心情油然而生,队员通常在早餐会议上写上一段幽默文字,“安吉拉盘旋在头顶,她把美丽留在天上”。医疗健康成了队员首要考虑的因素,在南极以外的大陆曾发生过猪流感病毒,他们在病毒肆虐的时期仍然坚守岗位,那时的苏迪瓦拉出现了发热症状,咳嗽、发烧、卧床不起,持续了4到5天,头昏眼花、筋疲力尽,苏迪瓦拉拖着沉重的脚步,一步步挪到了厨房门口,设法弄些糊口的食品,同事们关心地问这问那,还和苏迪瓦拉开起了玩笑。
科研活动不是队员日常生活的全部,南极站不缺体育和娱乐设施,有健身房和音乐房,团队成员展示了想象不到的技能,不同南极科考站的科学家和员工有时从“四面八方”聚集起来,表演才艺,表演节目全凭个人的兴趣和爱好,有各种兴趣小组,从摄影到弗拉门戈舞。多国在南极建有不同的科考站,诸如南极冰立方天文台、气象学站、自给自足的空间使命实验室。每个科考站的科学家和员工都喜欢到各个站点聊天、唱歌。每个科考站点都有开放日,举办各种研讨会。苏迪瓦拉在南极有过一段开心的日子,他遇到了一个纪录片摄制组,BBC的科学节目组在南极摄制一档“冰冻星球”节目,苏迪瓦拉遇到了心中偶像,他是摄制组的导演戴维·阿伯勒。
BICEP2团队是一支小型的科学家队伍,他们不会轻易发布缺少充分证据的消息。BICEP2项目组致力于探测宇宙最初的引力波,BICEP2团队曾在哈佛大学举办了一场新闻发布会,发布了对原初引力波初步发现的消息,科学界感到十分震惊,上帝创造世界的历史似乎掌握在科学家的手中。南极站的仪器和设备经受了最苛刻的严寒考验,仪器的灵敏度和精确度极高,科学团队接收了从遥远太空传来的最十分微弱的信号。追溯宇宙起源的时刻,在宇宙发生大爆炸的一瞬间,原初引力波成为了宇宙大爆炸最有力的证据。
宇宙大爆炸的理论模型不会是癫狂的理论设想,消除争辩的最好方式是通过观测数据取得最好的证据。宇宙的诞生是一个科学问题,宗教启示录代替不了科学的追问,宇宙大爆炸产生了原初的引力波,需要有充分的观测证据,科学进一步,宗教创世启示录相应地退一步。对宇宙起源的探索不会停止,BICEP2团队接收的信号不是源于引力波,而是来源于我们银河系的背景尘埃,他们承认发布了错误的消息,对宇宙大爆炸理论的直接证明有很长的一段路要走,南极天文台的观测使命还将持续下去。
(编译:2021-4-9)