科学家们从一个意外的打击中感到震惊，消息称，一个备受期待的未来天文台——旨在解读宇宙历史的极早期时刻——将无法在南极的关键前哨站继续推进。
该项目名为 CMB-S4 (宇宙微波背景第四阶段)，将对大爆炸的余辉进行诱人的观测，那是宇宙婴儿期发出的光的全天回响。天文学家和粒子物理学家都在其正式的长期规划过程中热情地支持该项目。科学家们曾希望该天文台在南极和智利第二个站点的建设能在 2030 年代初开始。但这些希望可能在本月早些时候破灭，当时美国国家科学基金会 (NSF) 宣布，由于担心维持南极基础设施和科学运作，目前无法支持该天文台的南极前哨站。
现在，围绕 CMB-S4 聚集的科学家们面临着一项远不如解读宇宙中最古老的光线那样吸引人的挑战：找到一种方法，防止他们梦想中的天文台被搁置。“我确实感到惊讶，这绝对是一个挫折，” 佛罗里达州立大学的天体物理学家、CMB-S4 合作项目（涉及数百名研究人员）的共同发言人 Kevin Huffenberger 说。“这是一件我们必须处理的大事。”
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古老的光，现代科学
CMB-S4 的名称来源于其作为首屈一指的计划中的第四代宇宙微波背景 (CMB) 研究设施的地位，宇宙微波背景有时被昵称为宇宙的婴儿照片。
光在太空中传播需要时间，因此天文学家可以通过观察更远距离的地球来瞥见更早的宇宙时期。CMB 是可以观测到的最遥远的光，因此也是最古老的光。它从地球的各个方向都可见，可以追溯到大爆炸后仅 37.8 万年。芝加哥大学天体物理学家、CMB-S4 项目科学家 John Carlstrom 说，这基本上使它成为“140 亿年前的化石光”。
宇宙微波背景科学在六十年前有一个不起眼的开端，当时新泽西州的科学家发现了一个非常奇怪的信号，以至于他们最初认为那是鸽子粪便落在他们的射电望远镜上造成的电磁干扰。现在，CMB 被认为是我们宇宙认知的基石，是证实大爆炸真实性并揭示构成我们宇宙的暗能量和暗物质（以及少量“普通”物质）的奇特混合物的关键来源。但其变革潜力超越了宇宙学，为广泛的科学领域提供了新的见解。
“你可以从我们的太阳系一直追溯到宇宙的最初瞬间，” 宾夕法尼亚大学的天体物理学家、Simons Observatory（CMB-S4 的先驱项目，他说该项目刚刚在智利开始为期四年的科学活动）的发言人 Mark Devlin 说。“很难想到还有什么其他测量可以涵盖如此遥远的距离。”
也许最简单的是，现代宇宙微波背景研究需要对天空进行毫米波长光的详细巡天——这意味着 CMB-S4 将收集关于小行星、超新星以及其他一系列引人注目的天体事件的数据，作为其观测的自然副产品。
此外，科学家探测到的每一个 CMB 光子都穿越了半个宇宙——并且在旅程中发生了变化。它与经过的物质的每一次相遇都被编码到每一个古老的光点中，科学家可以解密这些信息，以了解最大尺度的宇宙结构。“当光线从背景中传向你时，你可以从中提取出多层科学信息，” Huffenberger 说。
宇宙微波背景研究中可用的更令人惊讶的科学类型之一是粒子物理学。“我没有预料到 CMB-S4 会成为这个过程中的首要优先事项，” 加州大学伯克利分校的物理学家、十年一次规划工作的最新迭代——2023 年粒子物理项目优先排序小组的负责人村山齐 (Hitoshi Murayama) 说。但 CMB-S4 应该能确定关于中微子质量的难以捉摸的问题，同时也有可能帮助发现新的粒子。
极地问题
也许 CMB-S4 最诱人的前景是它将寻找原初引力波——时空中的涟漪，科学家们假设它产生于宇宙历史最初的瞬间，当时一种鲜为人知的现象，即暴胀，被认为短暂但深刻地加速了宇宙的膨胀。CMB-S4 经过精心调整，旨在找到这些原初引力波——以及由此带来的最佳证据，证明暴胀不仅仅是一个宇宙学的童话。“我们正在追求这个大问题，” 芝加哥大学的天体物理学家、CMB-S4 的共同发言人 Jeff McMahon 说。“如果我们看到它，那将是壮丽的。这在物理学中将是一件大事。”
只有一个问题：这些原初引力波的信号（如果存在）预计会非常微弱，这意味着科学家将需要大量的探测器、大量的时间和一个非常好的观测点。尽管南极存在后勤挑战，但那里的大气非常干燥和稳定，天文学家可以持续观察天空中的同一片区域——到目前为止，南极提供了地球上可用的最佳观测视野。
“基本上，每个研究过这个问题的委员会都说过，‘解决这个问题的方法是去南极，’” 斯坦福大学的宇宙学家 Risa Wechsler 说，她同时也是美国国家科学院物理学和天文学委员会的成员。
在该小组 5 月 7 日的会议上，NSF 天文学科学临时部门主任 Robert C. Smith 宣布，CMB-S4 将不会“以目前的形态，同时包含南极和智利部分”继续推进。他说，该决定并不反映 CMB-S4 或整体 CMB 科学的崇高科学价值有任何改变。相反，这是位于偏远的阿蒙森-斯科特南极站（NSF 管理的研究站，是距离南极 600 英里范围内唯一的永久前哨站）持续存在的严重后勤和维护挑战的产物。
“在我们致力于物理基础设施的资本重组和翻新时，我们暂停了新的科学项目，这是确保南极站继续成为世界领先的科学平台，支持未来突破性科学研究的必要措施，” NSF 发言人说。例如，他们指出，一些建筑物有被当地强劲的积雪掩埋的风险。该机构还担心屋顶积雪过多，造成结构损坏。
但 CMB-S4 将因此遭受损失的消息让该项目内外的科学家都感到惊讶。“我们知道他们需要进行一些基础设施改进，” Huffenberger 说。“但我们曾希望能够与 NSF 合作，分阶段进行，并在同一时间表上工作，以便两件事能够同时发生。”
他和 McMahon 表示，他们仍然不明白 NSF 是如何做出决定的，并且正在努力确定该机构是否有任何可能重新考虑。与此同时，参与 CMB-S4 合作项目的科学家们正在思考 NSF 的决定对他们梦想中的项目意味着什么。
聚焦智利
按照最初的设计，CMB-S4 将包括两台位于智利高海拔阿塔卡玛沙漠的大口径微波望远镜，以及第三台同类仪器和九台位于南极的小口径微波望远镜。总而言之，该天文台将包括分布在两个顶级天文站点之间的 55 万个探测器——这是收集尖端观测数据的关键技术，这些数据灵敏到足以回答科学家们关于宇宙的重大问题。
为了仅从智利站点获得同等数据，研究人员将需要重新调整配置，可能会增加望远镜的总数，以弥补次优的观测条件，这也可能会增加项目的价格标签。“无法将小口径望远镜安置在南极并非致命打击，但这意味我们必须回顾并了解实验配置可能需要如何扩展，” McMahon 说。
然而，他和他的同事们并不打算放弃他们梦想中的观测。“这是一个美丽而丰富的科学案例，它触及了宇宙、粒子物理学和天体物理学的整个历史，” McMahon 说。“我只是想完成它。”