冰上的中微子:如何在稀薄的空氣中保持涼爽

編者注:歡迎來到ANITA,南極脈衝瞬態天線!從10月到12月,凱蒂·穆爾雷 (Katie Mulrey) 將與 ANITA 合作團隊一起前往南極洲,建造併發射 ANITA III,這是一個利用整個南極大陸進行中微子和宇宙射線探測的科學氣球。

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編者注:歡迎來到ANITA,南極脈衝瞬態天線!從10月到12月,凱蒂·穆爾雷 (Katie Mulrey) 將與 ANITA 合作團隊一起前往南極洲,建造併發射 ANITA III,這是一個利用整個南極大陸進行中微子和宇宙射線探測的科學氣球。這是系列文章“冰上的中微子”中的第四篇,記錄了這項工作。

今天在麥克默多站的氣溫是華氏20度,感覺非常暖和!溫暖的夏季天氣意味著中微子探測的時間越來越近了。我們仍然按計劃在 12 月初發射我們的大型粒子探測氣球。

ANITA 儘可能多地看到南極冰層非常重要。中微子在冰中相互作用,因此觀察儘可能多的陸地面積會增加探測面積,並使我們更有可能看到中微子。這意味著我們必須飛得相當高。


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然而,在 115,000 英尺的高度飛行電子裝置會帶來一些獨特的問題。你可能會認為在南極洲過熱不是問題,但是我們在平流層飛行,那裡的空氣密度非常低。風扇為海平面的大多數電子裝置散熱,但是當空氣很少時,這種技術就會失效。我們必須確保沒有單個元件產生過多的熱量,或者如果它們確實產生熱量,則它們能夠有效地散發熱量。所有金屬部件都用非常凌亂的散熱片化合物連線在一起,這有助於透過被動能量轉移來冷卻。我們還採取措施,透過用反光膠帶覆蓋所有會導熱的金屬來確保陽光反射到儀器上。氣球的吊艙被漆成白色,以幫助它保持涼爽,並且所有電纜都用白色護套包裹。

說到吊艙,它幾乎完成了!我們增加了兩層天線,並將所有科學儀器放在吊艙的甲板上。現在,我們需要戴上安全帽和安全帶才能進入儀器進行維修。我們還需要在有效載荷上新增兩個可展開結構。尺寸是這裡的限制因素。完全展開後,ANITA 比它正在建造的機庫還要大。這意味著一些部件必須塞在有效載荷內部,並在氣球升空後釋放。這總是令人興奮的,因為如果發射過程中可展開部件出現問題,那就無能為力了!在我們的例子中,我們正在部署太陽能電池板和一個巨大的低頻天線。如果太陽能電池板失效,我們的電池壽命將只有大約六個小時。

本週的另一項大型任務是設定我們的遠端天線脈衝器。除非我們將一些已知的訊號傳送到氣球,否則很難知道我們在飛行時看到的訊號是什麼。我們無法從麥克默多做到這一點,因為來自無線網路、對講機等的背景輻射太多。我們的兩名團隊成員前往距離麥克默多站 507 海里的西普圓頂,以設定一個從遠端站點向 ANITA 傳送已知訊號的天線。西普圓頂是一個野外營地。在南極季節期間只有兩個人留在這裡。他們負責做飯、管理站點、保持跑道暢通以及必須發生的一切。該營地主要用作前往更遠地方的飛機的加油站。

本週我們有一些很棒的課外活動。在觀察山的底部有一個管子,你可以爬下去。它穿過海冰,進入一個帶有有機玻璃窗的小房間,可以俯瞰冰下的大海。這真是太神奇了。我們看到了一些南極魚,並聽到海豹在互相交談。這就像眺望另一個星球。

我們還有機會參觀了羅斯冰架壓力脊的導覽遊。從遠處看,這些東西看起來像冰中的整齊的海洋波浪,但從近處看,它們看起來像冰塔聳立在你周圍。這是我見過的最藍的冰。在海水衝破冰層的地方,有泥濘的雪池。這也是海豹喜歡待的地方,所以我們又看到了一些海豹幼崽。這裡的野生動物很棒。賊鷗開始到達,並騷擾任何在外面吃東西的人。它們就像巨大且極具攻擊性的海鷗。它們甚至不會為車輛讓路!企鵝應該在 12 月到達。我們希望它們能經過我們的路。

此外,在進行此類野外工作時,重要的是我們保持對基本物理學的瞭解,因此我們確保花一些時間在冰上練習一些反向旋轉的樂趣,來練習角動量守恆。

Katie Mulrey received a B.S. in Physics and Mathematics at the University of Mary Washington in 2008. She is now in the final phase of her Ph.D. work in High Energy Particle Astrophysics at the University of Delaware. Katie is a part of the ANITA collaboration and is heading to Antarctica to participate in the 2014 ANITA balloon campaign, which will probe the highest energy processes in the universe.

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