深至海底3.5公里 中國料2030年建成國際最先進中微子望遠鏡

撰文:陳進安
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周二(10日),在南海中微子望遠鏡「海鈴計劃」的藍圖發布會上,學者透露在3.5公里深的海底,中國2030年將建成國際最先進中微子望遠鏡。

據了解,「海鈴計劃」(TRopIcal DEep-sea Neutrino Telescope,TRIDENT)由上海交通大學李政道研究所發起並牽頭,旨在探索建設中國首個深海中微子望遠鏡,項目由中國科學院院士景益鵬擔任項目負責人、李政道學者徐東蓮擔任首席科學家。項目將通過捕捉高能(亞TeV到PeV量級)天體中微子來探索極端宇宙,為中國填補該領域的空白,加速構建完備的多信使天文網。

在科技部、上海科學技術委員會和上海交通大學的支持下,海鈴一期項目已於去年底啟動。預計2026年成為世界首個近赤道的小型中微子望遠鏡,開展對銀河系內外的天體源搜索,並完成建設大陣列的全鏈技術驗證。值得一提的是,在2030年前後,預計「海鈴計劃」將建成國際上最先進的中微子望遠鏡。屆時,計劃將包括約1200根望遠鏡串列,如同海藻般垂直錨定於海床上。海鈴陣列直徑約4公里,總佔地面積約為12平方公里,可監測高能中微子反應的海水體積約7.5立方公里,設計壽命為20年。

「海鈴計劃」構想圖。(上海交通大學)

據悉,中微子是宇宙中數量最多的次原子粒子之一,可輕鬆逃逸極端、致密的宇宙和天體環境而不改變方向。目前國際世界最大、最靈敏的中微子望遠鏡冰立方(IceCube)於2010年建成,其探測器陣列建在2500米深的南極冰層中。而當下世界主要發達國家皆積極籌建性能大大優化的二代中微子望遠鏡,冀提升探測靈敏度之餘也更精確地定位中微子源。

據預計,海鈴陣列建成後一年內,就能夠發現鯨魚座(Constellation Cetus)中的棒旋星系NGC 1068的穩定中微子源,並發現類似於冰立方利用十年的數據才初步觀察到的TXS 0506+056耀星體(一個正在吞噬物質的超大質量黑洞)的中微子爆發。

2021年9月,由上海交通大學牽頭的「海鈴探路者」項目團隊完成首次海試任務,擔任領隊的是海洋工程專家田新亮。田新亮表示,「海鈴計劃」還將面對如何將密集陣列安全精準地安裝到海底、應對海底極端災害環境、運行和維護望遠鏡陣列、為深海大陣列供電及數據傳輸等等具體挑戰。但他強調,計劃不僅是基礎科學的前沿探索,更是深海技術的練武場,其實施將大力推動我國深海工程裝備和技術的提升。