科学家为什么将望远镜击沉到海洋最深处？

2006年，从事 ANTARES中微子望远镜工作的科学家发现自己面临一个问题：他们的全新仪器观测的方式比预想的要轻。鉴于ANTARES沉没在地中海以下2.5公里的黑色水中，这特别令人困惑。

你看，这不是普通的星形扫描望远镜。ANTARES天文台不是寻找远处的宇宙物体，而是使用高度敏感的装置来探测地球上的空间：宇宙中微子发出的光 - 亚原子粒子，就像无电荷的电子 - 就像它通过的那样通过海水。

ANTARES物理学家知道他们什么时候开始可能会看到来自其他来源的光线，如深海鱼类。但是他们看到的光芒充沛，足以阻碍他们的工作。它从哪里来？

幸运的是，与大多数天文台不同，ANTARES除了天体物理学家之外，还雇用海洋学家，地质学家，海洋生物学家和气候学家。随着进一步的研究，这些专家发现，光源来自大量的深海生物发光细菌，被从表面运输到深处的水搅入其中。

最初看来是一个障碍的事实证明是一个突破：由于他们深海绽放的研究，ANTARES的合作获得了科学杂志La Recherche 的特别奖，该奖每年在2014年颁发模范科学研究奖。他们是有史以来有史以来最长的一次在深海观察到这种绽放，如果没有ANTARES，科学家可能会错过它。

这使得这个天文台如此特别。这是一个真正的跨学科合作，为一些可能看起来毫不相关的领域提供数据。

“这是这项工作的有趣部分，因为当谈论我与海洋学家的项目时，他们说，'真的是望远镜？'” 蒙特雷湾研究所研究员Severine Martini说道，他使用ANTARES进行生物发光的研究菌。她是研究深海细菌绽放的小组之一。“与此同时，当我们向天体物理学家谈论生物发光和海洋现象时，我们会有些空白。但这是与不同领域合作的重要部分。我们正在努力解决不同的问题，但我们正在共同努力。“

海洋的底部可能看起来像是望远镜位置的奇怪选择。但是当你在寻找中微子时，深海实际上是寻找中微子的理想场所。

天体物理学家对宇宙中微子产生了兴趣，相信这些宇宙中微子是由太空中的高能和暴力事件产生的; 唯一确认的两个来源是太阳和一颗遥远的超新星，但物理学家们渴望发现这些粒子来自哪里。问题是中微子只是不断轰击地球的许多粒子中的一个 - 与许多其他粒子（如X射线或宇宙射线）不同，中微子只与物质相互作用很弱，使得它们在噪声中特别难以检测。

更糟糕的是，中微子也是在大气层中产生的，并且很难与宇宙的同行区分开来。

这里是海洋进来的地方。中微子是唯一可以直接通过地球本身的粒子，所以ANTARES使用地球作为盾牌，寻找“向上”的μ子 - 与电子非常相似但没有质量的粒子 - 中微子当他们在地球上传播时产生。为了检测这些μ子，天文台的光电倍增管寻找称为切伦科夫辐射的微小突发，当带电粒子的移动速度超过水中光速时产生。

因此，将中微子望远镜定位在海底是因为它将它定位在两个过滤器之间，这只过滤了它对感兴趣的记录。

因此，将望远镜放在海底，理论上使它更适用于观测外层空间 - 但它也使观测海底更加有用。“从广义上说，我们正在为宇宙打开一扇新窗口，”巴黎迪德罗大学宇宙学教授兼研究员Antoine Kouchner和ANTARES合作的发言人Antoine Kouchner说。“但作为连接到岸上的天文台可以实现实时数据和监测。这就是海洋科学变得有趣的地方。“

大部分来自深海的信息都是小叮当的; 通常，仪器或车辆一次只能发送到底部几个小时。因此关于深海的信息通常在空间和时间上分散和分离。

相反，ANTARES天文台在数年间一直在不断地传输数据。这些信息可能与研究气候变化的科学家特别相关，他们需要跨越多年的数据集才能筛选出变暖海洋中的变化。

“基本上，在2500米深处提供电源插头和以太网电缆是地球和海洋科学研究向前迈出的一大步，”粒子天体物理学家，前合作发言人Paschal Coyle开玩笑说。“我对这个社区还没有做我们正在做的事情感到惊讶。”

感谢ANTARES提供的许多传感器 - 监测氧气，温度，压力，盐度，地震活动等等 - ANTARES 的非物理学项目的范围现在非常广泛，从跟踪海底沉积物流动到记录抹香鲸呼叫当他们在深处狩猎时。

而且他们还在研究那些对天体物理学家来说噪音很小的光点。在她的博士学位期间。在地中海海洋研究所，马提尼发现了一种新型的生物发光细菌，她一直在使用ANTARES深入观察。在她最近的一篇论文中，Martini在11月使用ANTARES数据连续一年描述了这些细菌的生物发光活性。她发现，即使在稳定的条件下，细菌也会发光，并且生物发光细菌比细菌更具活性 - 暗示光发射会带来某种生态效益。

“我认为这很有趣，因为我们发现了一件没有人会寻找的东西，”马提尼说。“生物发光的生态作用已被很多大型生物所描述，但对于细菌，我们仍然不知道它们为什么会发光。”一种理论认为，当许多细菌附着在食物颗粒上时，细菌会发光，希望吸引像鱼一样的大型饥饿动物。对于一种细菌，被吃掉是一件好事，因为稍后被排出体外可以帮助它传播到新的环境中。

对于ANTARES来说，下一步是一个重要的步骤：合作建立一个名为KM3NeT的新天文台。新的天文台将比ANTARES大50倍，位于法国，西西里岛和希腊的三个地点。在其运作的十年中，ANTARES在检测宇宙中微子方面没有成功; 借助新天文台，合作者希望最终解决粒子起源的难题，并更多地了解其基本属性。

此外，海洋和地球科学界从一开始就参与了KM3NeT的开发。新的电台将安装更多的传感器，包括用于检测生命的摄像头，放射性探测器和遥控车辆 - 与迪士尼机器人Wall-E-相比，Coyle担任新天文台的发言人，这将能够探索海底并拍摄它发现的东西。

科尔说：“有线电视深海海洋观测站的跨学科，协同科学的潜力是巨大的。“ANTARES开创了这个道路，我相信在这方面会有很多惊喜即将到来。”

随着海洋吸收 大量热量和酸化二氧化碳，变化似乎几乎可以肯定。但是，正如科伊尔所说，随着这些协作性天文台监测的不断演变，它将成为“深渊的守护者” - 或许他们不会感到惊讶。