幸运的是,宇宙对约翰很公平。2002年,身为研究生的他成功地在当时最先进的微波背景辐射卫星——威尔金森探测器(WMAP)得到结果之前,用设在南极极点的DASI望远镜,率先测量到了另一种宇宙微波背景辐射极化信号——跟B模式对应的,称为E模式。他的这篇博士论文,最终作为封面文章,发表在了《自然》杂志上。《自然》杂志为了发表这篇论文,还特例打破对文章篇幅的限制。因为约翰说,如果你不让我全文刊登,我就要换杂志了。可以说,在博士研究生毕业的时候,约翰就已经站到了宇宙微波背景辐射研究领域的最前沿。
也正是在2002年左右,约翰组建了一个20人左右的团队,提议在南极的极点附近建设一台名为“BICEP”的望远镜。BICEP的英文全拼大概可以翻译为“宇宙泛星系偏震背景成像”。这是世界上首次专门针对搜寻原初引力波产生的B模式信号而建造的探测装置。由于投资相对较小,科学目标又非常重要,BICEP项目很快就得到了批准。
梦圆南极极点
为什么要把BICEP千里迢迢运到南极去观测?
美国空军一架LC-130运输机起飞途中飞越设在南极极点附近的望远镜。图中从左到右的望远镜依次是南极望远镜、BICEP2望远镜和凯克阵望远镜。图片来源:Steffen Richter,哈佛大学
考虑到宇宙微波背景辐射的信号特征,以及来自天空中其他辐射源的影响,1000-3000亿赫兹的频率是最佳的观测窗口,这比我们平常听的调频广播频率要高几千倍。不幸的是,这个波段的电磁波会被大气中的水蒸气吸收,同时水蒸气也会发射大量类似频率的信号,极大地影响观测。