冰上的中微子:如何在稀薄的空气中保持凉爽

编者注:欢迎来到ANITA,南极脉冲瞬态天线!从10月到12月,凯蒂·穆尔雷 (Katie Mulrey) 将与 ANITA 合作团队一起前往南极洲,建造并发射 ANITA III,这是一个利用整个南极大陆进行中微子和宇宙射线探测的科学气球。

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编者注:欢迎来到ANITA,南极脉冲瞬态天线!从10月到12月,凯蒂·穆尔雷 (Katie Mulrey) 将与 ANITA 合作团队一起前往南极洲,建造并发射 ANITA III,这是一个利用整个南极大陆进行中微子和宇宙射线探测的科学气球。这是系列文章“冰上的中微子”中的第四篇,记录了这项工作。

今天在麦克默多站的气温是华氏20度,感觉非常暖和!温暖的夏季天气意味着中微子探测的时间越来越近了。我们仍然按计划在 12 月初发射我们的大型粒子探测气球。

ANITA 尽可能多地看到南极冰层非常重要。中微子在冰中相互作用,因此观察尽可能多的陆地面积会增加探测面积,并使我们更有可能看到中微子。这意味着我们必须飞得相当高。


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然而,在 115,000 英尺的高度飞行电子设备会带来一些独特的问题。你可能会认为在南极洲过热不是问题,但是我们在平流层飞行,那里的空气密度非常低。风扇为海平面的大多数电子设备散热,但是当空气很少时,这种技术就会失效。我们必须确保没有单个组件产生过多的热量,或者如果它们确实产生热量,则它们能够有效地散发热量。所有金属部件都用非常凌乱的散热片化合物连接在一起,这有助于通过被动能量转移来冷却。我们还采取措施,通过用反光胶带覆盖所有会导热的金属来确保阳光反射到仪器上。气球的吊舱被漆成白色,以帮助它保持凉爽,并且所有电缆都用白色护套包裹。

说到吊舱,它几乎完成了!我们增加了两层天线,并将所有科学仪器放在吊舱的甲板上。现在,我们需要戴上安全帽和安全带才能进入仪器进行维修。我们还需要在有效载荷上添加两个可展开结构。尺寸是这里的限制因素。完全展开后,ANITA 比它正在建造的机库还要大。这意味着一些部件必须塞在有效载荷内部,并在气球升空后释放。这总是令人兴奋的,因为如果发射过程中可展开部件出现问题,那就无能为力了!在我们的例子中,我们正在部署太阳能电池板和一个巨大的低频天线。如果太阳能电池板失效,我们的电池寿命将只有大约六个小时。

本周的另一项大型任务是设置我们的远程天线脉冲器。除非我们将一些已知的信号发送到气球,否则很难知道我们在飞行时看到的信号是什么。我们无法从麦克默多做到这一点,因为来自无线网络、对讲机等的背景辐射太多。我们的两名团队成员前往距离麦克默多站 507 海里的西普圆顶,以设置一个从远程站点向 ANITA 发送已知信号的天线。西普圆顶是一个野外营地。在南极季节期间只有两个人留在这里。他们负责做饭、管理站点、保持跑道畅通以及必须发生的一切。该营地主要用作前往更远地方的飞机的加油站。

本周我们有一些很棒的课外活动。在观察山的底部有一个管子,你可以爬下去。它穿过海冰,进入一个带有有机玻璃窗的小房间,可以俯瞰冰下的大海。这真是太神奇了。我们看到了一些南极鱼,并听到海豹在互相交谈。这就像眺望另一个星球。

我们还有机会参观了罗斯冰架压力脊的导览游。从远处看,这些东西看起来像冰中的整齐的海洋波浪,但从近处看,它们看起来像冰塔耸立在你周围。这是我见过的最蓝的冰。在海水冲破冰层的地方,有泥泞的雪池。这也是海豹喜欢待的地方,所以我们又看到了一些海豹幼崽。这里的野生动物很棒。贼鸥开始到达,并骚扰任何在外面吃东西的人。它们就像巨大且极具攻击性的海鸥。它们甚至不会为车辆让路!企鹅应该在 12 月到达。我们希望它们能经过我们的路。

此外,在进行此类野外工作时,重要的是我们保持对基本物理学的了解,因此我们确保花一些时间在冰上练习一些反向旋转的乐趣,来练习角动量守恒。

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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