“适居带”代表行星大小“适居带”代表行星大小

在阿蒙森-斯科特南极站工作的科学家们看来,地球底部的生命是与极端的斗争。

气温从不会超过冰点,甚至会骤降到华氏100度以下。一年的一半是在不间断的阳光下度过的,而另一半则是持续的黑夜。该地区距离南极海岸800多英里,坐落在两英里的垂直冰之上,非常干燥,被列为沙漠——世界上最大的沙漠。更糟糕的是,这里不适合所有生命形式的生存,而且在长达9个月的冬季里,空间站与世界其他地方的联系被切断了,因为唯一能够飞行的飞机的燃料会冻成一种无法使用的果冻。

然后是科学本身。

对于哈佛-史密森天体物理中心(CfA)的研究人员来说,这意味着要研制一套复杂的微波望远镜,用于搜索宇宙大爆炸的最早痕迹。典型的一周包括两位数的工作日,一周6天,有时7天,因为截止日期很紧。只有在三个月的窗口期内才能到达车站。

CfA宇宙微波背景小组(CMB)的七名现任和前任成员表示,总的来说,不和谐的环境和有限的工作时间使南极成为一个人能经历的最繁重、最孤立的工作经历之一。他们说,这是值得的,因为他们获得的经验相对来说很少有人能做到。

地球最南端距离剑桥9000英里,可能需要一个多星期的时间。在空间站的夏季(通常是11月到2月中旬),小组成员轮流进出空间站,进行BICEP和凯克阵列CMB望远镜实验。有些人会住上几周,有些人会住上几个月,还有少数人会一直住到冬季(2月中旬到10月)。

大多数人永远不会去。一张票至少要4.5万美元(不包括设备),阿蒙森-斯科特站(Amundsen-Scott station)是美国在非洲大陆的三个研究机构之一,通常不对游客开放。空间站的研究人员和支持人员都是定期进行这一旅程的少数人。

旅程中最简单的部分是前往新西兰克赖斯特彻奇,那里是美国南极项目的总部所在地。从那里,研究人员登上军用飞机前往麦克默多站。麦克默多站是美国的后勤中心,建在南极洲脚下一块裸露的火山岩上。然后他们等待。空军并不害怕推迟或取消任何航班,直到有理想的条件到达极点。

当警报终于解除时,近三个小时的飞行是惊人的。

“这可能是我在那里的旅程中最喜欢的部分之一,”詹姆斯科尼里森(James Cornelison)说。自2016年以来,他每年都在走下坡路,今年11月,他将再次离开,在这里停留两个月。

他说,这架飞机是洛克希德LC-130公司(Lockheed LC-130)的一架装备有滑雪板的飞机,在一片毫无特色的冰架上空翱翔,然后飞越了南极横贯山脉,最后上升到南极高原,那里的冰层有9000多英尺厚。它降落在由冰雪构成的跑道上。

塞缪尔·哈里森的前研究员12和机械工程师的组织在过去的五年里花了超过15个月,最好描述的:“当你穿越南极横贯山脉,你看下面你和有这些神奇的冰川冰本质上是流动的大陆穿过山脉的海洋。你只看到零海拔和一万英尺冰雪之间的高度差。当你到达高原时,山脉基本上消失了,因为雪(和冰)和山一样高。”

最初的震惊

研究人员一着陆就会进行环境现实检查。

寒冷立刻袭击他们,冻僵了他们的鼻毛。夏季的平均气温低于华氏18度,波士顿只有一次达到华氏18度,是有记录以来最冷的一天。大多数科学家注意到的下一件事是亮度。太阳24小时不停地在地平线上盘旋,天空是深蓝色的,雪把所有的光反射回来,让它们失去了方向。

“这就像踏上了一颗新行星,”研究小组的资深科学家丹尼斯·巴卡茨(Denis Barkats)说。“你所有的人类环境轴承都失灵了。”

有些人会感到头晕,甚至恶心,因为海拔很高,而且空气非常干燥。南极沙漠是地球上最大、最干燥、风最大的沙漠。

所有这些都让一些研究人员深受打击。有些人从跑道上坐着雪地摩托走了大约100米,来到了那个矮矮的金属色的站,站在冰面上,因为他们不能自己走。其他人不会受到影响,或者至少不会立即受到影响。“最终,每个人都被它吸引住了,”巴克茨说。

“几个小时之内,你就会开始感受到海拔的影响,”他说。“即使不严重,你也能感觉到。你上楼梯时感到头晕或上气不接下气。再一次,在几个小时内,你开始感受到干燥的空气的影响。你的嘴很干。你的鼻子是干的。然后再加上干燥的空气和高海拔,你喝了很多,所以你一直在小便,”他笑着说。

车站社区

到达后,科学家们有机会安顿下来。空间站里有健身房、温室、放映室、音乐室、攀岩墙,甚至还有桑拿室,这些都弥补了空间站里的一些孤立,因为互联网接入和与家人和朋友交谈的机会被限制在卫星从头顶经过时的两到四个小时之内。

但是他们在车站有社区。

“我发现我在那里的人情味非常丰富和有趣,”马里恩·迪里克斯在上午12点14分说。他是芝加哥商业银行集团的博士后学者之一。

阿蒙森-斯科特站是1956年原址的第三代,夏季可容纳约150人,冬季可容纳50人。与天文学家和天体物理学家一起,科学家们前往那里研究粒子物理学、太阳能、地质学、冰川学和气候学。还有厨师、水管工、医生、互联网技术人员、电工和其他帮助维持车站运转的人。

Dierickx说:“最终到达南极的人不只是普通人。“他们往往是有些古怪,但绝对有冒险意识的人。他们过着有趣的生活,有着各种不同寻常的轨迹和经历。车站的比例人口户外探险者和已周游世界非常高,所以你坐下来与任何人在一顿饭和你谈论,当他们之间的一些疯狂的独立式在阿拉斯加山脉等等——这是你的正常晚餐谈话在南极。”

接受《公报》采访的许多研究人员称,该组织是他们参与过的最友好、最紧密的组织。Dierickx说:“我经常开玩笑说,我住在波士顿,这是一个拥有300万人口的城市,但实际上,当我在南极的时候,我参加了更多的社交活动,结识了更多的人。”

人们组成乐队,组建篮球队。他们组织琐事之夜。他们庆祝生日和节日,如感恩节和圣诞节。这个车站充满了自己的传统,一季又一季地延续着。

有些是仪式性的,比如新南极标志的揭幕仪式。由于空间站位于一个移动的冰架上,所以南极标志的位置每年都会移动约20米。该标志是由前一年的“冬候鸟”设计的。

一个是恐怖:在最后一架飞机起飞9个月后,冬季机组人员观看了《the Thing》和《the Shining》,它们的角色也因为冬季的条件而与外界隔绝。有“环球赛跑”,绕地球上每条经度线跑三圈,两英里。

其中一个很奇怪:在车站的桑拿浴中以200华氏度(约合473摄氏度)的高温烘烤,然后穿着泳衣跑到外面去触摸南极标志。在冬天,当温度低于100度时,它就变成了“300俱乐部”来纪念这个温度范围,而他们除了穿靴子什么也不穿。

“这种感觉很神奇,”巴卡兹说。“你的大脑告诉你,‘你应该冻僵了’,因为你知道外面的温度是零下100度,但你的身体已经积累了足够的热量,让你在三到五分钟内感到相当舒服。”这是我在冬天做的,太不可思议了,我很快就重复了一遍。”

“空间”走

除了那一点乐趣之外,在寒冷的天气里出门是件严肃的事。负责南极项目的美国国家科学基金会(National Science Foundation)向所有人员发放了极端寒冷天气装备。这套衣服包括一件大大的红色皮大衣,工装裤,护目镜,三层手套,厚裤子,大靴子,还有更多的层。这相当于20磅的衣服,穿起来大约需要10分钟。许多研究人员说,一旦他们为户外活动做好准备,他们就会觉得自己像宇航员一样。

齿轮是如此有效,它不仅抵消了寒冷。一些科学家承认他们在外面的时候觉得太热了。事实上,有些时候他们连一些都没有。

“事实上,在波士顿的冬天,我感觉比在外面更冷了好几次,”凯特亚历山大(Kate Alexander)说。

但是,这种不穿一层衣服的自由只会持续到夏天,那时气温徘徊在零下20度左右。在冬天,所有的装备都是必须的,他们必须非常严格地穿上它。任何暴露在外的皮肤都可能在五分钟内冻伤。

BICEP3是BICEP望远镜的最新版本,凯克阵列望远镜距离Amundsen-Scott的主要生活设施大约一公里,在所谓的黑暗区实验室。为了到达那里,研究人员沿着冰冻平原上的橙色旗线前进。每次来回大约要走15分钟,通常是一天四次。

景色荒凉而一成不变。除了主站和附近的研究设施,什么也没有,只有开阔的天空和雪,像脚下的泡沫塑料一样吱吱作响。天气相当平静,但有风能够携带雪——由于极端寒冷和干燥的沙丘结构分散在空旷的区域,雪的行为更像沙子。

机械工程师哈里森说:“这些小波浪是由风在雪地表面塑造的。”“当你从车站往外看时,根据一天的时间,你完全可以想象自己在海上。”

另一个偶然的夏日景象是由空气中的冰晶反射阳光而形成的太阳能显示屏,在太阳周围形成弧形、光环和斑点。

走,走,走

CfA的研究人员只有大约三个月的时间到达南极,进行常规的升级,比如每年的校准,或者更换破碎或损坏的部分,完成主要的大修,比如更换整个望远镜,然后离开。再长一点,他们就被困住了。

“它创造了这种紧迫的节奏,”研究生科尼里森说。“你花在娱乐上的每一分钟,都是你没有完成工作的那一分钟。你对工作和生活平衡的标准是改变的。早上5点或6点起床,在早餐前做一些工作,然后工作到午餐,然后从午餐工作到晚餐,晚餐后你回到望远镜前工作,这并不反常。所以每隔一段时间,你就会发现自己工作14到16个小时,然后你回到车站,你睡了,你醒了,然后你再做一遍。”

随着2月中旬的临近,人们的忙碌程度只会加剧,但这也给车站带来了一种专注感,因为每个人都在同一个艰难的截止日期下工作。这也是为什么这项工作要提前几个月计划好,甚至在这个团队离开剑桥之前。

这项工作要求很高。望远镜是电子、光学、控制系统、马达和探测器的复杂组合,它们被放置在天文台内部可移动的底座上的一个大圆筒内。望远镜中的探测器必须保持在绝对零度以上约四分之一度的温度,它们需要一个真空室,使用低温系统来保持过冷。

工作如此精确,事情往往会出错。零件有时不合适,或者不能工作。有时,科学家们需要回到剑桥或CMB小组合作的机构之一的实验室的设备,这些机构包括加州理工学院斯坦福大学和明尼苏达大学。当这种情况发生时,团队必须随机应变,经常去“墓地”寻找备件,并将它们焊接在一起,以达到合适的效果。有时他们会找到一种工具或材料——甚至牙线——可以有效地替代他们所需要的任何东西。

这一切都回避了一个问题:为什么望远镜一开始就在那里。

答案和宇宙大爆炸一样大。

南极极端干燥的环境限制了望远镜收集的数据的污染,因为水分子吸收微波能量。此外,该网站提供了特定空间的无障碍视图,因为杆子上方的天空从不固定,它只是旋转。

总之,这些因素使南极成为寻找原始引力波微小信号的理想地点,这些信号是在宇宙开始后不到一秒的时间内,膨胀期间产生的。

冬天

最后一架飞机起飞后,只剩下大约50名机组人员。

“你被留在那里,你就是它。从2005年底到2006年,他在南极过冬,在那里连续待了12个月。“你的工作就是避免停工。”

有时这很简单。

哈里森说:“这些仪器非常复杂,有很多移动部件和不同的子系统,所以总是需要帮助,无论是服务器空间不足,还是氦气压力需要补充。”“这就像一辆汽车——东西在使用时就会坏掉。”

哈里森在2015年过冬,在冰上度过了将近一年的时间。这是BICEP3望远镜第一次被部署,所以他一直忙着让它按照设计工作。

他说:“在过去九个月里,我实际上是一个人在(黑暗区)实验室里整天工作,每天都在工作。”“根据望远镜的状态,我经常需要在那里待上好几天。”

哈里森和巴卡兹说,有时他们也会进入一种节奏:尽可能在家与朋友和家人交流,与远在剑桥的同事计划下周的目标,散步,和其他冬候队成员一起参加比赛之夜。

虽然阿蒙森-斯科特站是完全自给自足的,甚至在温室里自己种蔬菜,但南极真正的孤立是在冬天。如果发生了什么事,船员们只能靠自己;由于寒冷、黑暗和随时可能到来的大风,救援几乎是不可能的。然而,自该电站建成以来,只有三次冬季疏散行动。1999年,一名医生发现她患有乳腺癌,她自己进行了近六个月的治疗,进行了活检,并进行了化疗,直到一架救援飞机获准起飞。

这些都不足以让人们远离户外,那里充满了星星和色彩,在太阳下山后很容易迷失。

哈里森说:“很少有人经历过南极的日落。“这不仅仅是一个过程,更是一个瞬间。“这种情况会持续几周,从2月底开始,一直持续到3月底。在这段时间里,太阳逐渐靠近地平线,掠过地平线的边缘,光线在消失前穿过大气层时发生扭曲。

剩下的不是黑暗。紫色的小条纹从对面的地平线上伸出来,慢慢地覆盖了整个天空。当它消失后,星星就会成群结队地出现。“难以置信,”哈里森说。“地平线对地平线,没有光污染,非常清晰,你可以用肉眼看到星系中心区域的单个气体云。”

然后是极光,最常见的是在深邃的夜空中晃动的绿光窗帘。它们也可以是红色、紫色或白色。

“它们是天空中迷人的河流,”巴特说。“它们时而缓慢,时而快速地移动、舞蹈、弹跳、变化。有时我从车站走到望远镜前,整整走了25分钟,我的帽子和护目镜给了我这种隧道式的视觉,突然我想知道为什么雪是绿色的。多么奇怪。然后我抬起头,看到天空中有一束光和彩色的烟火。虽然我是一名物理学家,我完全理解极光的成因,但我仍然会颤抖,并感到敬畏和惊奇。”

哈里森和巴卡兹说,日出是日落的完美逆转,这表明他们很快就要离开第二故乡了。

哈里森说:“到目前为止,你已经孤立了7个多月,人们对你寄予了极大的期望。

不管冬天多么美丽,冬天并不适合每个人。博士后Dierickx最初接受了这个职位,希望能在冬天结束,但在夏季的两次旅行后,她重新考虑了这个问题。

她说:“我意识到,对我来说,在地图上的同一个小点上呆上整整一年的前景是非常可怕的,因为南极是一个完全随意的位置。”“没有地方可去。花上一整年的时间去做我在世界其他地方可以生活和经历的所有其他事情,这是一个巨大的机会成本。我觉得对我来说,这就像一座监狱。”

要回家了

Dierickx将于今年夏天再次前往南极,《公报》采访的研究人员中,并不只有他一个人认为南极温暖的月份对他们来说已经足够了。在即将到来的这一季结束时,Dierickx确信她会准备好再次回家。

泰勒·圣杰曼(Tyler St. Germaine)说:“有一种相当一致的趋势,当你在那里着陆时,你的眼睛明亮,尾巴浓密,你很开心,你准备投入所有的努力和工作。”

“你充满活力,充满乐观,”圣杰曼说,他将在本学年结束时获得天体物理学博士学位。“但几乎每次,当你的六、八周结束时,你的最后一、两周就会说,‘我准备回家了。我想念我的家人。我想念我的互联网。我想念我的朋友。我想再呼吸一次空气。我想体验真实的世界。我想离开这个地方。’”

幸运的是,回归的冲击总是令人愉快的,它带来了对现代生活中一些最好的特点的新的、但暂时的欣赏。

“这就像一个成年人,但又重生了,”巴卡茨说。“你发现了生命中所有的奇迹,却忘记了一切是多么美好。下雨了!这太棒了。你看到的动物。你看到婴儿。你要去餐馆。你可以在这么多不同的食物中突然做出选择。

“对我来说,回到新西兰的第一个月,所有那些让生活变得精彩的小怪癖都变得非常尖锐,我对一切都留下了深刻的印象。我认为生活是美好的。但后来你忘了。它会让你平静下来,生活的常规又回到你身上。”

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