北京
宇宙大爆炸之后究竟发生了什么？这一直是宇宙学中最令人好奇的问题之一。如今，一组研究人员希望借助月球的“暗面”来寻找答案。科学家计划将一台公文包大小的卫星送入绕月轨道，当它飞过月球背面时，收集数据，用以搜寻早期宇宙中性氢原子发出的特定无线电信号。 这颗昵称为“CosmoCube”的卫星，将重点关注被称为“21厘米线”的频谱特征。这一信号源自宇宙早期中性氢原子的自旋跃迁，其波长约为21厘米。关键之处在于，信号越古老，其波长就因宇宙膨胀而被拉伸得越长，也就是红移现象。因此，通过测量不同红移下的信号强度，研究人员可以追溯该信号在宇宙时间轴上的变化，并与宇宙微波背景辐射进行对比。 剑桥大学卡文迪什实验室的埃洛伊·德莱拉·阿塞多教授是该研究的主要作者。他解释说：“我们通过追踪这个信号，主要想了解早期宇宙中气体的物理温度。”这条21厘米信号就像一支宇宙温度计，使研究团队能够考察从大爆炸后约38万年的“黑暗时代”开端，到首批恒星和星系诞生的“宇宙黎明”，再到约10亿年后“再电离纪元”结束的漫长过程。 “气体的温度会受到当时宇宙中发生事件的影响。”阿塞多教授补充道。此外，他还指出21厘米信号的振幅和形状预计会受到暗物质的影响，这为研究这种神秘宇宙成分的特性提供了新途径。暗物质在宇宙中含量巨大，但其本质仍属未知，如果能通过信号变化间接探测暗物质的状态，将具有重要意义。 此前已有研究人员尝试探测21厘米线，但在地球表面进行这一工作面临不少困难。一方面，该信号本身极其微弱；另一方面，人类技术产生的干扰无处不在——从FM广播、飞机通信到地面电子设备，都会污染信号。在发表于《自然·天文学》的论文中，阿塞多和同事们还提到其他挑战，包括地球电离层对低频信号的扭曲效应，以及地面射频干扰的复杂性。这使得在地球上几乎无法捕捉到来自宇宙黎明时期的纯净信号。 月球背面恰好提供了一片绝佳的“静默区”。由于月球自身遮挡了来自地球的无线电噪音，轨道上的卫星可以在不受人类电磁干扰的环境下进行观测。研究团队希望，这一方法能首次获得足够清晰的数据，描绘出宇宙早期气体温度演化的图景，从而帮助人类理解宇宙从混沌到星光璀璨的关键转折。 当然，这项任务仍需克服不少工程和技术难关，但科学家们相信，借助月球这一天然屏障，他们终于有机会聆听来自宇宙最深处、最古老的低语。
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