穿过地球观天的中微子天文望远镜

中微子天文学的主要目标是探测宇宙射线起源之谜。大家知道自从亥斯1911年发现宇宙射线以来，人们对其起源进行了长期探索。为了研究宇宙中的中微子，各种新型望远镜不断出现并投入使用。1998年9月，一台专门研究中微子的特殊望远镜在地中海中开始安装。它不像普通望远镜那样直指天空，而是“反其道行之”面朝海底。这台“面海观天”的中微子望远镜名为“安塔雷斯”。它由英国、法国、俄罗斯、西班牙和荷兰等国科学家联合设计，安装地点位于距法国马赛东南海岸40千米处。望远镜在海面2.4千米以下，由13根垂入海中的缆状物组成，每个缆状物上将带有20个足球大小的探测器。

中微子天文望远镜

参与该国际合作项目的英国谢菲尔德大学科研人员介绍说，来自宇宙的中微子能畅行无碍地穿越包括地球在内的很多物体。虽然中微子无法直接探测到，但它在穿透地球过程中，偶尔会产生少量的高能量缪子中微子，并发散出特殊辐射光——切伦科夫光。“安塔雷斯”主要通过高灵敏度探测器检测该辐射来研究中微子。由于“安塔雷斯”面向海底，绝大部分宇宙射线会被厚厚的地层屏蔽掉，大大减少了观测过程中的本底噪声。专家说，这台望远镜的安装有可能为更深入揭示伽马射线爆发以及暗物质等宇宙奥秘提供重要线索。

冰立方中微子望远镜是美国在其所建的阿蒙森·史考特南极站附近的南极冻原2440米深的冰层下、已经连续建设5年直到2010年12月27日才竣工的、专门发现中微子的巨型望远镜，堪称全球最大的中微子望远镜，该望远镜安装在该天文台的冰立方实验室。

冰立方中微子望远镜是建在南极的一个巨型望远镜，它的目的是发现以光速穿过地球的中微子。科学家利用冰立方收集数据的时间已经长达数年，希望从中微子中寻找它们携带着有关我们的星系和神秘黑洞诞生的信息。

物理学家认为，中微子在猛烈的宇宙事件中诞生，例如位于宇宙边缘的遥远星系相撞或黑洞的产物。这些神秘的高能粒子能在太空里穿行几十亿光年，而不会被磁场和原子吸收或偏转运行方向。通过它们，科学家能找到一些有关宇宙最基本问题的答案。不过要实现这个目的，首先你要发现中微子。为此，科学家正在利用冰观测中微子撞击（组成水冰分子的）原子的罕见场面。

这个巨大的望远镜建在南极深达2440米的冰原下。整个项目耗资2.79亿美元，美国国家科学基金会为其提供了2.42亿美元资助。建设工作的最后阶段是为5160个光学传感器钻86个孔，现在这些传感器已经安装完毕，成为主探测器的组成部分。中微子与原子相撞产生的粒子名叫μ介子，生成的蓝色光束被称作“切伦科夫辐射”。由于南极冰的透明度极高，冰立方的光学传感器能发现这种蓝光。

科学家通过在亚原子相撞后进行的试验，可以追踪到中微子的运行方向、查找到它的起源，看一看它是由黑洞还是由撞击星系产生的。然而，这一过程比探测μ介子更加复杂。因为每个μ介子都是由一个宇宙中微子产生，而位于探测器上方大气里的宇宙射线可以生成100多万个中微子。为了避免这种干扰，冰立方的传感器直接瞄准下方——经地心指向北极天空，用来探测穿过地球的中微子。

由于中微子是目前已知的唯一一种可以畅通无阻碍地穿过物质的粒子，故冰立方和南极μ介子及中微子探测器列阵把地球当作过滤器，以便选出中微子与原子相撞产生的μ介子。为便于确定中微子的性质，中微子望远镜的透明度必须很高，以便分布很广的传感器阵列可以发现撞击产生的光；同时望远镜的环境必须足够黑，以防自然光产生干扰；为避免南半球的宇宙射线对其产生干扰，望远镜还必须深埋地下。南极冰符合所有这些条件。

南极冰含有气泡或其他杂质少，几乎全由冰所构成的巨大冰川。天文台体积庞大，为边长1000米的立方体冰块。所有这些条件，可增加中微子与原子相撞的机会，提高观测效率，并使干扰和误差减少到最小。圆形探测器被串成串，放入用热水钻开凿出来的冰洞里，钻每个冰洞需要融冰多达20万加仑。每根电缆线上有60个传感器，86串这样的传感器串组成冰立方的主探测器。

位于南极的“冰立方”中微子天文台具有较大面积的中微子探测阵列

2013年5月，从深藏在南极冰原下的中微子天文台传来好消息。研究人员在南极科考站“冰立方”中微子天文台发现了有史以来能量最高的中微子观测记录，在这篇最新的中微子研究论文中，科学家分析了从2010年至2012年间中微子传感器的数据，发现了两个中微子事件的存在证据，其能量比以往类似的事件高出10倍左右。

科学家们认为本次发现的两个中微子很可能来自太阳系之外，即大麦哲伦星云方向上超新星爆发，为宇宙射线的起源提供了不可多得的样本。冰立方中微子天文台配备了先进的光学传感器阵列，可探测到中微子与冰粒子之间发生的碰撞，其碰撞可释放出足够强大的切伦科夫辐射，能量可达到100兆电子伏的水平。冰立方中微子天文台的研究人员这次发现的中微子应该是超新星所导致的宇宙射线。由于中微子几乎不与其他物质发生作用，因此中微子探测器通常都需要埋藏在地下深处，其面积也非常大。由于探测器位于冰层下2440米，避免了太阳光的干扰，同时利用冰层作为中微子撞击的试验场，有利于增大中微子碰撞的观测面积，光模块传感器可记录下穿过探测器的中微子轨迹。如果研究人员最终可以发现中微子的来源，那么也就发现了宇宙射线起源于何处。自冰立方中微子天文台建立以来，所有地球上接收到的中微子都会留下信息，从这些数据中研究人员可以仔细寻找中微子的碰撞事件。