微型卫星将利用月球的暗面作为盾牌

英国开发的一颗微型卫星，大约有一个随身携带的小手提箱大小，可以帮助回答宇宙学中最大的问题之一：在宇宙第一颗恒星出现之前，大约 1.5 亿年的宇宙黑暗时代发生了什么？由剑桥大学领导的一个国际科学家小组将利用月球的暗面作为“盾牌”，以便这颗名为“CosmoCube”的卫星能够阻挡来自地球的所有噪音，并聆听来自早期宇宙的微弱耳语。这条耳语被称为 21 厘米线，是大爆炸余辉和宇宙黎明之间氢原子发出的信号，当时核聚变点亮了第一批恒星。此前没有人直接观察过这个时代。使用地球望远镜探测这一 135 亿年前的信号极其困难，因为地球的电离层阻挡了正确的频率，而 FM 无线电、卫星和电信的干扰又淹没了它。然而，月球提供了天然的屏障。当 CosmoCube 绕月球背面运行时，每两小时的轨道运行大约 40 分钟，它将免受地球所有噪音的影响。在预计为期两年的任务中，它将在宇宙最后一个未探索的时期建立 1000 小时的数据，帮助我们了解宇宙如何从黑暗和近乎空虚转变为我们今天所看到的复杂性。该任务已获得英国航天局的资助，研究人员希望CosmoCube能够在未来五年内发射。详细信息发表在《自然天文学》杂志上。除了探索第一批恒星出现之前的宇宙之外，CosmoCube 还将探索暗物质的作用——将星系聚集在一起的神秘力量。剑桥大学卡文迪什实验室的主要作者埃洛伊·德莱拉·阿塞多教授说：“大爆炸之后、第一批恒星之前的氢排放有望让我们了解暗物质在早期宇宙中的作用，以及它如何将氢聚集成第一批恒星和星系。”为了研究这一时期，CosmoCube 将以极低的频率（10 至 50 MHz 之间）运行，远远超出地面望远镜的范围，这就是为什么月球将被用作 CosmoCube 的“孤独堡垒”。卡夫里宇宙学研究所的德莱拉·阿塞多 (de Lera Acedo) 表示：“没有其他地方可以提供检测如此微弱信号所需的屏蔽，同时观察整个太空。” “月球背面确实是唯一的选择：它可以同时解决多个问题，为了解早期宇宙打开一扇清晰的窗口。”一旦进入绕月轨道，CosmoCube 将展开一根又长又轻的无线电天线，当卫星位于月球远端时，其灵敏度足以探测到早期宇宙中氢原子发出的 21 厘米信号。在月球轨道上时，CosmoCube 将使用“迪克切换”校准器不断检查和纠正自己的电子设备，该校准器将在天空和几个内置参考源之间翻转。这将有助于消除卫星内部的微小漂移和噪音，否则这些漂移和噪音可能会伪装成宇宙信号。一旦 CosmoCube 的数据返回地球，该团队将使用先进的贝叶斯统计方法来消除前景噪声——主要是来自我们银河系的无线电发射。他们还将使用计算机模拟和飞行中测量来重建天线对天空不同部分的响应，从而消除任何剩余的失真。 “除了科学之外，我们的任务的独特之处在于它的规模：我们正在探索其他人无法到达的黑暗时代最早、最深的部分，但使用的是一个紧凑、相对低成本的平台，”德莱拉·阿塞多说。然而，月球背面可能不会长期保持安静：美国、印度和其他国家正在计划利用月球的安静进行其他任务。 CosmoCube 具有最先进的完全集成微型辐射计，采用最新的模拟和数字技术，即所谓的射频片上系统 (RFSoC)。 CosmoCube 空间平台（“SSTL-21”）由英国萨里空间技术有限公司（SSTL）开发，该公司专门制造小型卫星。仪器开发正在顺利进行，实验室原型和环境测试正在进行中，并与行业合作伙伴进行了重要合作。在英国，学术合作伙伴包括朴茨茅斯大学和 STFC RAL Space，还有马耳他等欧盟国家的参与。 CosmoCube 团队最近参加了 ESA 迷你快速任务征集创意，目标任务成本低于 5000 万欧元。 “CosmoCube 的目标是在充满挑战的环境中利用一颗非常小的卫星进行一些雄心勃勃的科学研究，而要做到这一点需要一些巧妙的设计技术，”合著者威尔博士说