冰上科学：7 项值得关注的南极实验

自 20 世纪 50 年代以来，数量虽少但不断增长的国际科学家在世界上最偏远的大陆——南极洲上连续工作数月。今年，29 个国家将在那里举办研究项目，这意味着约 800 名科学家和支持人员将在夏季（10 月至次年 3 月）前往南方。仅美国南极计划就将开展 100 多个项目，其中许多将弥补失去的时间；由于预算削减，2013 年一些探险队未能前往南极。美国牵头的项目将调查许多关键问题，包括气候变化如何展开以及宇宙的最初时刻是什么样的。以下是七个值得关注的实验。

1 – 海洋食物链

纳撒尼尔·B·帕尔默号是一艘配备破冰船的 281 英尺长的船只，它载着 AMLR 团队穿越大海，寻找一种两英寸长的甲壳类动物——磷虾。企鹅和鲸鱼——还有人类——都依赖磷虾作为食物来源。经过三十年的研究，生态学家对它们的冬季模式知之甚少。AMLR 团队正在进行一项为期五年的调查，利用声学探测设备绘制磷虾的分布图，磷虾喜欢藏在海冰下，目前已进入第三年。这项工作将有助于美国管理南极磷虾渔业。

2. 全球冰川融化

南极冰盖内嵌的 GPS 和地震传感器与格陵兰岛的传感器一起构成了 PoleNet（极地冰观测网络）。今年，该团队将增加三个新站点，每个站点配备约 3,000 磅的监测设备。这些数据有助于地质学家预测西南极冰盖融化后地壳将如何反弹。该项目可能证实融化是否是一个失控过程（正如其他研究人员今年早些时候发现的那样），以及反弹是否会导致地震和火山爆发。

3 – 规避粒子

几十年来，天文学家一直在尝试探测中微子，这种难以捉摸的粒子的特征可以帮助他们了解超新星如何运作以及暗物质是什么等谜团。传统的中微子探测器，如日本的超级神冈探测器，是建在废弃矿井中的水箱。但 IceCube 团队的研究人员想出了如何制造比超级神冈探测器大 20,000 倍的探测器，而价格仅为后者的两倍。他们没有使用水箱，而是使用南极洲一立方英里近乎完全透明的冰层，并在超过一英里深的深度上钻了 5,160 个光学传感器。自 2010 年探测器开始运行以来，已经探测到 30 多个中微子。今年，该团队将测试他们去年安装的计算机，以使探测器更加自主，并希望找到宇宙中中微子起源的证据。

4 – 婴儿宇宙

今年 3 月，宇宙学家报告了 BICEP2 望远镜的一项重要成果：曾经被推测为膨胀理论的证据，即宇宙在大爆炸后瞬间剧烈膨胀。但非凡的论断需要非凡的证据，其他天文学家呼吁进行更多研究来重复或推翻这一实验。本季度，BICEP3 将部署。它的传感器数量是其前身的五倍，视野是其三倍，应该有助于证实或否定 BICEP2 的发现。

5 – 黑暗中的微生物

生物学家对依赖太阳获取能量的微生物如何度过黑暗的极地冬季知之甚少。因此，ALPS 团队在两个冰封的湖泊中设立了传感器站，每个站都配备了藻类探测器、浮游植物采样器和水化学分析仪，用于全年数据收集。这个季节，该团队首次看到了冬季数据。结果可以帮助天体生物学家预测类似的微生物是否可能在其他冰封的天体上存活，例如木星的卫星木卫二。

6 – 隐藏的星星

由于南极洲位于极点，地球上原本混乱的大气在南极洲是稳定且可预测的。这意味着巨型气球（有些气球比足球场还宽，与华盛顿纪念碑一样高）可以绕着南极洲飞行，但仍然降落在靠近发射点的地方。本赛季，长时间气球飞行团队的有效载荷是一台 1,700 磅重的伽马射线望远镜，它被送上太空是为了观察大气从地面遮挡的恒星。这项技术可以实现航天器质量的研究旅行，而成本仅为太空发射费用的一小部分。

7.企鹅进化

由于企鹅是主要的捕食者，它们表明了南大洋生态系统如何适应气候变化。企鹅科学团队正在利用保存在南极冰层中的 45,000 年骨骼和蛋壳记录——以及 15 年来对活体阿德利企鹅进行环志的数据——来解读该物种如今的适应情况。今年，该团队将重点研究鸟类的觅食能力是后天习得的技能还是遗传的特性——以及这种能力是否会在海冰融化后继续存在。

此外，麦克默多站也迎来了大改造

美国国家科学基金会计划对麦克默多站进行为期数年的升级，该站是南极洲最大、最活跃的基地。可能的改造包括更换 100 多个结构中的许多结构、增加新的风力涡轮机、增加带宽以及升级主要研究设施 Crary Lab 的仪器。技术人员甚至可能获得一个 DARPA 式的研究翼楼，专门用于开发先进的滑翔机、机器人野外站和自动横穿车辆，所有这些都是专为极地探险而打造的。

地图数据由美国南极计划提供；企鹅栖息地位置由 HJ Lynch 和 MA LaRue 提供；日出数据由美国海军天文台提供。

更正（2014 年 9 月 22 日，美国东部时间晚上 7:30）：此地图的原始版本错误地将两个自治湖泊剖面和采样站标记为位于 Blood Falls 和 Lake Whillans。两者都位于麦克默多站附近的 Lake Bonney。地图已更正。我们对此错误深表歉意。

本文原载于2014年10月号《大众科学》杂志，标题为《世界底部的实验室》。