De ce oamenii de știință au scufundat un telescop în cele mai profunde părți ale oceanului / telescoape

În 2006, oamenii de știință care lucrau la telescopul neutrino ANTARES s-au confruntat cu o problemă: instrumentele lor noi au observat mult mai multă lumină decât se așteptau. Acest lucru a fost deosebit de confuz, dat fiind faptul că ANTARES este scufundat în apă neagră, la două și jumătate de kilometru sub Marea Mediterană.

Vezi, nu este un telescop obișnuit de scanare a stelelor. În loc să vâneze obiecte cosmice îndepărtate, observatorul ANTARES utilizează dispozitive extrem de sensibile la lumină pentru a detecta ceva din spațiu chiar aici pe pământ: lumina emisă de un neutrin cosmic - o particulă subatomică, la fel ca un electron fără încărcătură - pe măsură ce trece prin apa de mare.

Fizicienii ANTARES au știut când au început să vadă o lumină din alte surse, cum ar fi peștii de mare adâncime. Dar strălucirea pe care o vedeau era suficient de intensă pentru a le împiedica munca. De unde ar putea să vină?

Din fericire, spre deosebire de cele mai multe observatoare, ANTARES angajează oceanografi, geologi, biologi marini și climatologi în plus față de astrofiziciști. Cu un studiu ulterior, acești experți au descoperit că lumina provenea dintr-o floare masivă de bacterii bioluminescente de adâncime, agitată în acțiune de apă care a fost transportată de la suprafață în adâncime.

Ceea ce pentru prima dată a părut a fi un blocaj rutier sa dovedit a fi un progres: pentru studiile lor despre floarea-adâncime, colaborarea ANTARES a fost premiată cu un premiu special de revista științifică La Recherche, care acordă anual o cercetare științifică exemplară, în anul 2014. A fost cea mai lungă observare a unei astfel de flori în Marea Adâncă și, fără ANTARES, oamenii de știință probabil că ar fi ratat-o.

Acest lucru face ca acest observator să fie atât de extraordinar; este o colaborare interdisciplinară reală, oferind date pentru un grup de domenii care altfel ar putea părea să nu fie legate deloc.

"Aceasta este partea amuzanta a acestei lucrari, pentru ca atunci cand vorbesc despre proiectul meu cu oceanografii, ei spun" un telescop, intr-adevar ", spune Severine Martini, cercetator la Institutul de Cercetari Monterey Bay, care a folosit ANTARES pentru studiile sale de bioluminescent bacterii. Ea se afla printre grupurile care studiau inflorirea bacteriilor de adâncime. "Între timp, atunci când vorbim despre bioluminescență și fenomenele oceanografice pentru astrofiziciști, obținem un aspect neuniform. Dar aceasta este partea bună de a lucra cu diferite domenii. Încercăm să rezolvăm diferite probleme, dar lucrăm împreună. "

Partea de jos a oceanului ar putea părea o alegere ciudată de localizare pentru un telescop. Dar când căutați neutrini, marea adâncă este, de fapt, locul ideal din care să căutați.

Astrofizicistii sunt intrigati de neutrinii cosmici, considerati a fi produsi de evenimente inalte si violente in spatiu; singurele surse confirmate sunt soarele și o supernova îndepărtată, dar fizicienii sunt dornici să descopere de unde provin aceste particule. Problema este că neutrinii sunt doar una din multele particule care bombardează constant pământul - și spre deosebire de multe dintre aceste alte particule, cum ar fi razele X sau razele cosmice, neutrinii interacționează foarte slab cu materia, făcându-i deosebit de greu să detecteze printre zgomote.

Pentru a face lucrurile mai rele, neutrinii sunt de asemenea produși în atmosferă și pot fi greu de distins de omologii lor cosmici.

Acolo unde oceanul intră. Neutrinii sunt singurele particule care pot trece direct prin pământ în sine, așa că ANTARES folosește pământul ca un scut, căutând muonii "în sus", particule foarte asemănătoare cu electronii, dar fără masă - neutrinii produc în timp ce trec prin pământ. Pentru a detecta aceste muoni, fotomultiplicatorii observatorului caută o mică explozie de lumină numită radiație Cherenkov, produsă atunci când o particulă încărcată se mișcă mai repede decât viteza luminii în apă.

Poziționarea unui telescop neutrin în partea de jos a mării este, prin urmare, ca o poziționare între două filtre, care filtrează numai ceea ce este interesat de înregistrare.

Așadar, punerea telescopului la fundul mării teoretic o face mai utilă pentru observarea spațiului cosmic - dar, de asemenea, îl face mult mai util pentru observarea fundului mării. "În sens larg, deschidem o nouă fereastră asupra universului", spune Antoine Kouchner, profesor și cercetător în cosmologie la Université Paris Diderot și purtătorul de cuvânt al colaborării cu ANTARES. "Dar a fi un observator cablat la țărm permite date în timp real și monitorizare. Și acolo devine interesant știința mării. "

Cele mai multe informații de la marea adâncă provoacă mici mușcături; de obicei, instrumentele sau vehiculele sunt trimise la fund pentru doar câteva ore la un moment dat. Prin urmare, informațiile despre marea adâncime sunt, prin urmare, împrăștiate și deconectate, atât spațial, cât și temporal.

În schimb, observatorul ANTARES a transmis date în mod constant, zi și zi, în decursul anilor. Aceste informații s-ar putea dovedi deosebit de relevante pentru oamenii de știință care studiază schimbările climatice, care au nevoie de seturi de date care se întind pe mai mulți ani, pentru a trata ceea ce se schimbă într-un ocean încălzitor.

"Practic, având o priză electrică și un cablu Ethernet disponibil la o adâncime de 2500 m este un mare pas înainte pentru studiul științei pământului și a mării", a glumit Paschal Coyle, astrofizician de particule și fost purtător de cuvânt al colaborării. "A fost o surpriză pentru mine că această comunitate nu făcea deja ceea ce făceam noi".

Datorită numeroaselor senzori pe care ANTARES le oferă - monitorizarea oxigenului, temperaturii, presiunii, salinității, activității seismice și mult mai mult - domeniul proiectelor non-fizice de la ANTARES este acum larg, de la urmărirea fluxului de sedimente pe fundul mării până la înregistrarea apelurilor pentru balene așa cum vânează în adâncime.

Și încă studiau acele mici pete de lumină care erau zgomot pentru astrofiziciști. În timpul ei doctorat la Institutul Mediteranean de Oceanografie, Martini a descoperit o nouă formă de bacterii bioluminescente pe care le-a observat aproape continuu în adâncime folosind ANTARES. În cea mai recentă lucrare, în luna noiembrie, Martini a descris activitatea bioluminescenței acestor bacterii pentru un an consecutiv folosind datele ANTARES. Ea a descoperit ca bacteriile au emis lumina chiar si in conditii stabile si ca bacteriile bioluminescente erau mai active decat bacteriile in ansamblul lor - sugestia ca emisia de lumina ofera un fel de beneficii ecologice.

"Cred că este interesant pentru că am descoperit ceva pe care nimeni nu l-ar fi căutat vreodată", a spus Martini. "Rolul ecologic al bioluminiscenței este bine descris pentru o mulțime de macroorganisme, dar pentru bacterii încă nu știm de ce ele emit lumină". O teorie sugerează strălucirea bacteriilor atunci când mulți dintre ei se atașează la particulele de alimente, în speranța de a atrage un animal mai mare, mai mare, ca un pește. Pentru o bacterie, mâncarea este un lucru bun, fiind excretat mai târziu, poate ajuta să se răspândească în medii noi.

Următorul pas pentru ANTARES este unul important: colaborarea constă în construirea unui nou observator, numit KM3NeT. Noul observator va fi de 50 de ori mai mare decât ANTARES și va fi amplasat în trei locații, în Franța, Sicilia și Grecia. În cei zece ani de funcționare, ANTARES nu a reușit să detecteze neutrinii cosmici; cu noul observator, colaboratorii speră să rezolve în sfârșit puzzle-ul originii particulelor și să afle mai multe despre proprietățile lor fundamentale.

În plus, comunitatea marină și științele pământului a fost implicată în dezvoltarea KM3NeT de la început. Noile stații vor găzdui și mai mulți senzori, inclusiv o cameră de detecție a vieții, detectoare de radioactivitate și un vehicul cu comandă la distanță - pe care Coyle, în calitate de purtător de cuvânt al noului observator, îl compară cu robotul Disney Wall-E- care va putea explora fundul și filmul pe care îl găsește.

"Potențialul științei interdisciplinare, sinergice cu observatoarele marine marine cu cabluri adânci este extraordinar", a spus Coyle. "ANTARES a pionierat pe drum, și sunt sigur că vor veni multe surprize pe acest front."

Având în vedere că oceanele absorb cantități uriașe de căldură și acidifiază dioxidul de carbon, schimbările par aproape certe. Dar, cu aceste observatoare de colaborare, monitorizarea continuă, așa cum a spus Coyle, ca "gardieni ai abisului" - poate că nu vor fi o surpriză.