科學家們從一個意外的打擊中感到震驚，訊息稱，一個備受期待的未來天文臺——旨在解讀宇宙歷史的極早期時刻——將無法在南極的關鍵前哨站繼續推進。
該專案名為 CMB-S4 (宇宙微波背景第四階段)，將對大爆炸的餘輝進行誘人的觀測，那是宇宙嬰兒期發出的光的全天迴響。天文學家和粒子物理學家都在其正式的長期規劃過程中熱情地支援該專案。科學家們曾希望該天文臺在南極和智利第二個站點的建設能在 2030 年代初開始。但這些希望可能在本月早些時候破滅，當時美國國家科學基金會 (NSF) 宣佈，由於擔心維持南極基礎設施和科學運作，目前無法支援該天文臺的南極前哨站。
現在，圍繞 CMB-S4 聚集的科學家們面臨著一項遠不如解讀宇宙中最古老的光線那樣吸引人的挑戰：找到一種方法，防止他們夢想中的天文臺被擱置。“我確實感到驚訝，這絕對是一個挫折，” 佛羅里達州立大學的天體物理學家、CMB-S4 合作專案（涉及數百名研究人員）的共同發言人 Kevin Huffenberger 說。“這是一件我們必須處理的大事。”
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古老的光，現代科學
CMB-S4 的名稱來源於其作為首屈一指的計劃中的第四代宇宙微波背景 (CMB) 研究設施的地位，宇宙微波背景有時被暱稱為宇宙的嬰兒照片。
光在太空中傳播需要時間，因此天文學家可以透過觀察更遠距離的地球來瞥見更早的宇宙時期。CMB 是可以觀測到的最遙遠的光，因此也是最古老的光。它從地球的各個方向都可見，可以追溯到大爆炸後僅 37.8 萬年。芝加哥大學天體物理學家、CMB-S4 專案科學家 John Carlstrom 說，這基本上使它成為“140 億年前的化石光”。
宇宙微波背景科學在六十年前有一個不起眼的開端，當時新澤西州的科學家發現了一個非常奇怪的訊號，以至於他們最初認為那是鴿子糞便落在他們的射電望遠鏡上造成的電磁干擾。現在，CMB 被認為是我們宇宙認知的基石，是證實大爆炸真實性並揭示構成我們宇宙的暗能量和暗物質（以及少量“普通”物質）的奇特混合物的關鍵來源。但其變革潛力超越了宇宙學，為廣泛的科學領域提供了新的見解。
“你可以從我們的太陽系一直追溯到宇宙的最初瞬間，” 賓夕法尼亞大學的天體物理學家、Simons Observatory（CMB-S4 的先驅專案，他說該專案剛剛在智利開始為期四年的科學活動）的發言人 Mark Devlin 說。“很難想到還有什麼其他測量可以涵蓋如此遙遠的距離。”
也許最簡單的是，現代宇宙微波背景研究需要對天空進行毫米波長光的詳細巡天——這意味著 CMB-S4 將收集關於小行星、超新星以及其他一系列引人注目的天體事件的資料，作為其觀測的自然副產品。
此外，科學家探測到的每一個 CMB 光子都穿越了半個宇宙——並且在旅程中發生了變化。它與經過的物質的每一次相遇都被編碼到每一個古老的光點中，科學家可以解密這些資訊，以瞭解最大尺度的宇宙結構。“當光線從背景中傳向你時，你可以從中提取出多層科學資訊，” Huffenberger 說。
宇宙微波背景研究中可用的更令人驚訝的科學型別之一是粒子物理學。“我沒有預料到 CMB-S4 會成為這個過程中的首要優先事項，” 加州大學伯克利分校的物理學家、十年一次規劃工作的最新迭代——2023 年粒子物理專案優先排序小組的負責人村山齊 (Hitoshi Murayama) 說。但 CMB-S4 應該能確定關於中微子質量的難以捉摸的問題，同時也有可能幫助發現新的粒子。
極地問題
也許 CMB-S4 最誘人的前景是它將尋找原初引力波——時空中的漣漪，科學家們假設它產生於宇宙歷史最初的瞬間，當時一種鮮為人知的現象，即暴脹，被認為短暫但深刻地加速了宇宙的膨脹。CMB-S4 經過精心調整，旨在找到這些原初引力波——以及由此帶來的最佳證據，證明暴脹不僅僅是一個宇宙學的童話。“我們正在追求這個大問題，” 芝加哥大學的天體物理學家、CMB-S4 的共同發言人 Jeff McMahon 說。“如果我們看到它，那將是壯麗的。這在物理學中將是一件大事。”
只有一個問題：這些原初引力波的訊號（如果存在）預計會非常微弱，這意味著科學家將需要大量的探測器、大量的時間和一個非常好的觀測點。儘管南極存在後勤挑戰，但那裡的大氣非常乾燥和穩定，天文學家可以持續觀察天空中的同一片區域——到目前為止，南極提供了地球上可用的最佳觀測視野。
“基本上，每個研究過這個問題的委員會都說過，‘解決這個問題的方法是去南極，’” 斯坦福大學的宇宙學家 Risa Wechsler 說，她同時也是美國國家科學院物理學和天文學委員會的成員。
在該小組 5 月 7 日的會議上，NSF 天文學科學臨時部門主任 Robert C. Smith 宣佈，CMB-S4 將不會“以目前的形態，同時包含南極和智利部分”繼續推進。他說，該決定並不反映 CMB-S4 或整體 CMB 科學的崇高科學價值有任何改變。相反，這是位於偏遠的阿蒙森-斯科特南極站（NSF 管理的研究站，是距離南極 600 英里範圍內唯一的永久前哨站）持續存在的嚴重後勤和維護挑戰的產物。
“在我們致力於物理基礎設施的資本重組和翻新時，我們暫停了新的科學專案，這是確保南極站繼續成為世界領先的科學平臺，支援未來突破性科學研究的必要措施，” NSF 發言人說。例如，他們指出，一些建築物有被當地強勁的積雪掩埋的風險。該機構還擔心屋頂積雪過多，造成結構損壞。
但 CMB-S4 將因此遭受損失的訊息讓該專案內外的科學家都感到驚訝。“我們知道他們需要進行一些基礎設施改進，” Huffenberger 說。“但我們曾希望能夠與 NSF 合作，分階段進行，並在同一時間表上工作，以便兩件事能夠同時發生。”
他和 McMahon 表示，他們仍然不明白 NSF 是如何做出決定的，並且正在努力確定該機構是否有任何可能重新考慮。與此同時，參與 CMB-S4 合作專案的科學家們正在思考 NSF 的決定對他們夢想中的專案意味著什麼。
聚焦智利
按照最初的設計，CMB-S4 將包括兩臺位於智利高海拔阿塔卡瑪沙漠的大口徑微波望遠鏡，以及第三臺同類儀器和九臺位於南極的小口徑微波望遠鏡。總而言之，該天文臺將包括分佈在兩個頂級天文站點之間的 55 萬個探測器——這是收集尖端觀測資料的關鍵技術，這些資料靈敏到足以回答科學家們關於宇宙的重大問題。
為了僅從智利站點獲得同等資料，研究人員將需要重新調整配置，可能會增加望遠鏡的總數，以彌補次優的觀測條件，這也可能會增加專案的價格標籤。“無法將小口徑望遠鏡安置在南極並非致命打擊，但這意味我們必須回顧並瞭解實驗配置可能需要如何擴充套件，” McMahon 說。
然而，他和他的同事們並不打算放棄他們夢想中的觀測。“這是一個美麗而豐富的科學案例，它觸及了宇宙、粒子物理學和天體物理學的整個歷史，” McMahon 說。“我只是想完成它。”