天文学家从月球背面探索宇宙最早的秘密

研究人员计划利用月球周围的静轨道来研究宇宙的“黑暗时代”。他们的小型卫星将搜寻古老的氢信号和宇宙线索。天文学家希望通过部署一艘小型航天器来揭示有关“宇宙黎明”的见解，该航天器旨在绕月球背面运行，探测来自太空的“古老低语”。

英国主导的“宇宙立方体”探测器的艺术效果图。该探测器将在月球背面轨道运行，负责监听来自早期宇宙的“古老低语”。图片来源：Nicolo Bernardini（SSTL有限公司）和Kaan Artuc（剑桥大学）

此次任务的目的是探索宇宙大爆炸后不久的宇宙初期，当时太空一片黑暗，没有恒星和星系。

然而，探索这个宇宙“黑暗时代”需要一个没有干扰的环境。地球充满了大气扰动和电子噪声，对捕捉如此微弱的无线电信号构成了巨大的挑战。

宇宙立方体卫星模型在皇家航空航天实验室（RAL Space）设施中进行热真空测试。图片来源：威尔·格兰杰博士，皇家航空航天实验室

在达勒姆举行的皇家天文学会 2025 年全国天文学会议上提出这一建议的埃洛伊·德莱拉·阿塞多博士说：“这就像是试图在隔壁举行一场喧闹的音乐会时听到耳语一样。”

这使得接收数十亿年前的微弱信号变得非常困难。为了探测到来自氢（早期宇宙中最早、最基本、最丰富的化学元素）的特殊无线电信号，我们需要它处于安静的状态。“这就是为什么我们提议发射一颗小型卫星绕月球运行，并探测信号，该信号可以提供有关一切如何开始以及星系等结构最终如何形成的线索。”

英国主导的 CosmoCube 任务旨在从月球背面进行操作，月球体将充当一个巨大的屏障，阻挡来自地球的无线电干扰。

位于这个安静区域，航天器将能够“聆听”“古老的低语”，并收集有关宇宙黑暗时代和宇宙黎明的宝贵数据——这些时代在现代宇宙学中大部分仍是未知的。

宇宙黑暗时代的描绘，即大爆炸之后、第一批恒星和星系形成之前。图片来源：科罗拉多大学博尔德分校

剑桥大学卡文迪什射电天文学和宇宙学负责人德莱拉·阿塞多 (de Lera Acedo) 表示：“通过这样做，CosmoCube 旨在帮助我们更好地理解我们的宇宙如何从简单、黑暗的状态转变为我们今天看到的复杂、充满光的宇宙，其中包含所有的恒星和星系。至关重要的是，它还将帮助科学家研究神秘的暗物质及其在塑造这些宇宙结构中的作用。”

CosmoCube 将配备一台经过精细校准的低功率射电辐射计，该辐射计安装在一个设计用于绕月运行的经济实惠的卫星平台上。该仪器工作频率较低（10-100 MHz），专门用于探测隐藏在背景噪声中的极微弱射电信号。

该任务的目标之一是调查哈勃张力——从早期宇宙测量的宇宙膨胀率与从最近的局部观测推断出的宇宙膨胀率之间的持续不一致。

此外，收集到的数据可以为暗物质-重子相互作用（暗物质和普通物质之间的非引力相互作用）提供新的视角，并加深我们对早期宇宙物理学的理解。

这段所谓的“黑暗时代”是观测宇宙学中最后几个未被探索的前沿领域之一。恒星诞生前的时期为探究宇宙结构的形成、暗物质的性质以及早期宇宙的演化提供了原始的视角。

“这些无线电波传播的距离之远令人难以置信，现在它们还带来了宇宙历史的信息，”CosmoCube 研究员、朴茨茅斯大学的戴维·培根教授说道。“下一步就是去月球较安静的一侧听取消息。”

Cosmo Cube 得到了英国航天局科学双边计划的支持，由英国牵头的国际联盟与剑桥大学、朴茨茅斯大学和 STFC RAL Space 的研究人员共同开发。

仪器开发正在顺利进行，正在进行功能实验室原型和环境测试，并与 SSTL Ltd 等行业合作伙伴进行关键合作，开发空间平台和任务概念。

该项目团队正在规划一个为期 4 至 5 年的发射路线图，目标是在 2020 年前到达月球轨道。

编译自/scitechdaily