在接受Scitechdaily 采訪時(shí)，阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的兩位物理學(xué)家談?wù)摿怂麄冊(cè)谀蠘O望遠(yuǎn)鏡上的工作以及它的重要性。林賽·布萊姆(Lindsey Bleem) 收集并分析望遠(yuǎn)鏡上的數(shù)據(jù)，克拉倫斯·張(Clarence Chang) 為望遠(yuǎn)鏡開(kāi)發(fā)超導(dǎo)探測(cè)器。

什么是宇宙微波背景輻射？它能告訴我們關(guān)于宇宙的什么信息？

張：宇宙微波背景（CMB）是宇宙大約38萬(wàn)年前產(chǎn)生的信號(hào)。它對(duì)應(yīng)于宇宙從質(zhì)子和電子飛來(lái)飛去的超熱等離子體轉(zhuǎn)變?yōu)橛钪胬鋮s到某一點(diǎn)后質(zhì)子和電子可以形成原子的時(shí)期。

如今，這種信號(hào)出現(xiàn)在更長(zhǎng)的波長(zhǎng)，即微波范圍（幾毫米）。因此，通過(guò)在這些波長(zhǎng)下研究和觀察宇宙，我們可以看到早期宇宙——本質(zhì)上就是捕捉嬰兒的照片。

Bleem：自從20 世紀(jì)60 年代首次發(fā)現(xiàn)CMB 以來(lái)，我們就知道它是非常均勻的。張所說(shuō)的早期等離子體的溫度偏差和密度變化大約只有十萬(wàn)分之一。我們知道，這些微小的波動(dòng)在宇宙的整個(gè)年齡中都會(huì)不斷增長(zhǎng)。

除了為我們提供了這張美麗的嬰兒宇宙圖畫(huà)之外，當(dāng)時(shí)發(fā)出的光還穿越了宇宙的整個(gè)紀(jì)元，即140 億年。它與自早期以來(lái)形成的所有結(jié)構(gòu)相互作用。因此，我們可以研究這些結(jié)構(gòu)在宇宙微波背景中留下的非常微妙的印記，以真正找出從它發(fā)射到今天所發(fā)生的過(guò)程和物理過(guò)程。

是如何研究出來(lái)的？

Bleem：我們通過(guò)幾項(xiàng)重要的、不同的科學(xué)分析來(lái)做到這一點(diǎn)。一種是所謂的引力透鏡效應(yīng)。這是指沿著視線的天文質(zhì)量實(shí)際上可以使光路偏轉(zhuǎn)。

第二個(gè)是當(dāng)光子（來(lái)自宇宙微波背景的光）可以從這些中間結(jié)構(gòu)材料散射時(shí)發(fā)生的物理現(xiàn)象。我們可以跟蹤這種散射過(guò)程，然后沿著視線繪制結(jié)構(gòu)圖，這可以幫助我們檢測(cè)暗能量等物質(zhì)，暗能量嚴(yán)重影響形成星系團(tuán)等真正大規(guī)模結(jié)構(gòu)的能力。

為什么這個(gè)望遠(yuǎn)鏡要建在南極洲？

布萊姆：正如你從照片中想象的那樣，南極洲本身非常寒冷。非常干燥。它是世界上最大的沙漠。這使得它成為我們?cè)谀蠘O望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行天文研究的絕佳場(chǎng)所。我們的望遠(yuǎn)鏡以毫米級(jí)波長(zhǎng)進(jìn)行觀測(cè)。

大氣中的水會(huì)衰減感興趣的毫米波長(zhǎng)，并且水分子的抖動(dòng)給數(shù)據(jù)增加了很大的噪聲源。所以我們必須到這些偏遠(yuǎn)干燥的地方去做這些觀測(cè)。事實(shí)證明，南極洲絕對(duì)是地球上最好的地方，其次是智利的阿塔卡馬沙漠。

在那種環(huán)境下工作感覺(jué)如何？

張：我們?cè)谀蠘O洲是因?yàn)槟抢锓浅８稍?。這種干燥對(duì)于我們的觀察很有幫助。但作為人類(lèi)，我們喜歡空氣中有一點(diǎn)濕度。這有點(diǎn)具有挑戰(zhàn)性，并且可能會(huì)干擾您每天的工作方式。

Bleem：是的，這不是人類(lèi)最好的地方。你的皮膚會(huì)開(kāi)裂。在南極洲，傷口很難愈合。在干燥的環(huán)境中對(duì)于計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)不太好。實(shí)際上，我們有一個(gè)加濕器，可以向其中一臺(tái)計(jì)算機(jī)吹氣，使其運(yùn)行得更舒適。

您在阿貢的工作與望遠(yuǎn)鏡有何關(guān)系？

張：在阿貢，我們開(kāi)發(fā)了一種用于探測(cè)器的超導(dǎo)技術(shù)。這些探測(cè)器必須測(cè)量波長(zhǎng)相當(dāng)長(zhǎng)的光子——通常是一毫米、兩毫米、三毫米。典型的相機(jī)技術(shù)，比如我們手機(jī)中使用的技術(shù)，即使發(fā)揮到極致，仍然不能很好地看到這些光子。事實(shí)上，它根本看不到它們。

所以我們必須開(kāi)發(fā)一種新技術(shù)來(lái)做到這一點(diǎn)。從本質(zhì)上講，這意味著理解和控制超導(dǎo)材料，然后對(duì)其進(jìn)行處理以制造這些真正靈敏的探測(cè)器，并制造大量探測(cè)器。阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室有一個(gè)強(qiáng)大的項(xiàng)目來(lái)研究基礎(chǔ)材料并將其應(yīng)用于不同的技術(shù)。

Bleem：我們還使用阿貢領(lǐng)導(dǎo)計(jì)算設(shè)施中最先進(jìn)的超級(jí)計(jì)算機(jī)將探測(cè)器開(kāi)發(fā)與我們的所有工作緊密結(jié)合起來(lái)。因此，我們能夠做出重要的理論預(yù)測(cè)，使我們能夠?qū)⑹褂媚蠘O望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行的觀測(cè)與不同宇宙學(xué)模型對(duì)我們應(yīng)該看到的東西的預(yù)測(cè)聯(lián)系起來(lái)。

因此，阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室不僅在宇宙學(xué)家、材料制造設(shè)施和科學(xué)家之間，而且還與我們偉大的計(jì)算專(zhuān)家之間存在著真正強(qiáng)大的相互聯(lián)系。

南極望遠(yuǎn)鏡由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)、美國(guó)能源部高能物理辦公室、卡維利宇宙物理研究所、美國(guó)南極計(jì)劃和南極支持合同資助和支持。