天文学家确实喜欢南极，但是为什么呢？

在南极，有一项科学实验让世界最高建筑哈利法塔显得渺小。这项实验名为“冰立方”，建于南极冰层下 2,500 米处。它的作用是什么？捕捉太空中最难捕捉的粒子：中微子。

尽管南极洲极难到达，天文学家却喜欢它。那里不仅有冰立方，而且他们还建造了射电望远镜，并设立了监测站来计数中子。为什么如此偏远的地方对太空科学如此有吸引力，值得这么费力？

两极是地球上独一无二的地方——那里的夜晚比我们这些低纬度地区的人所习惯的要长得多，而且那里的极光最为明亮。（更不用说那里被冰雪覆盖，几乎没有文明。）

对于天文学来说，缺乏文明通常被认为是一种优势。距离人类居住地和电力越远，附近明亮的城市灯光造成的光污染就越少。地球上很多地方都符合这一标准：例如，智利的阿塔卡马沙漠高原，那里有许多望远镜。

[相关：为什么天文学家一直盯着天空中的同一个点]

但南极成为天文学家关注的热点却有着不同而更奇怪的原因——因为在那里，你可以看到来自太空的不同而更奇怪的粒子：中子和中微子。中子是质子的中性对应物，质子是原子的组成部分之一。中微子是一种极轻的粒子，几乎不与任何东西相互作用。它们非常狡猾，每秒有 100 万亿个中微子穿过你的身体，你永远无法察觉。

中子和中微子都与宇宙射线有关，宇宙射线是原子核，在到达地球之前以光速穿越太空。密歇根州立大学天文学家内森·怀特霍恩解释说：“宇宙中的宇宙射线携带的能量与星光差不多，因此从某种意义上说，不了解它们与不了解星光是同等重要的问题。”

当宇宙射线撞击我们的大气层时，它们会与其他原子相互作用，形成所谓的“空气簇射”，其中包含其他高能粒子，包括中子和中微子。宇宙还会在深空中产生一些中微子，这些中微子被称为天体物理中微子，以区别于空气簇射中产生的大气中微子。

超新星爆炸和太阳风等事件可以产生能量足以使中子像雨点一样降落到地球上的宇宙射线。然而，“在更高能量下，也就是我们用中微子观察的地方，我们根本不知道，”怀特霍恩说。“不过这很可能与超大质量黑洞的吸积有关。”

南极是观测中子的关键地点，这是有原因的，但南极对中微子的研究却有完全不同的原因。怀特霍恩解释说，对于中子来说，“极地地区之所以奇妙，基本上和极光出现的原因是一样的：地球磁场不会像赤道那样偏转宇宙射线，因为极地靠近磁极。”从本质上讲，在地球磁场的这个特殊位置，你可以更直接地看到宇宙射线。

另一方面，对于中微子，你需要为探测器准备一个巨大的区域，因为中子非常滑。材料也需要尽可能透明，这样你的探测器才能探测到中微子最终与某物相互作用时发出的微弱光。

如果你有一个人形大小的探测器，你得等上大约 100 年才能看到一个中微子。但是，如果材料数量非常大——比如说 10 亿吨冰——你就可以做一些科学研究了。“奇怪的是，极地冰盖的底部是一个相当方便的地方，”怀特霍恩说。

中子监测器较小，而且确实有一些位于北极。但北极实在是太不稳定了，无法建造一个稳定的 10 亿吨冰桶，并安装高科技监测器。佐治亚理工学院的天体物理学家 Brandon Pries 解释说：“北极更难建造，因为那里的冰覆盖率会波动。”“南极洲下面有一块基岩，为 IceCube 仪器提供了坚实的基础。”这块基岩也是南极洲成为南极望远镜所在地的原因，南极望远镜是一座射电天文台，曾帮助拍摄了有史以来第一张黑洞照片。

现在，当你想到南极时，你会记得那里不仅仅有企鹅——实际上还有一种独一无二的中微子搜寻机器帮助我们研究宇宙。