微型卫星将聆听宇宙最早期“低语”

一颗大小接近小型行李箱的微型卫星，将聆听宇宙最早期“低语”，从而揭开宇宙学最大谜题之一：在首批恒星诞生之前，宇宙究竟发生了什么。由英国剑桥大学领导、多国科学家参与的“CosmoCube”任务，计划将月球背面作为天然屏障，屏蔽来自地球的全部电磁噪声，从而捕捉早期宇宙氢原子发出的极微弱信号——21厘米线。这种信号产生于大爆炸之后、核聚变点亮第一批恒星之前的过渡时期，至今未被直接探测到。相关论文发表于最新一期《自然·天文学》期刊。

“CosmoCube”艺术图。图片来源：剑桥大学/萨里空间科技有限公司

要在地球上用望远镜探测135亿年前的信号极为困难。地球电离层会阻挡所需频率，而调频广播、卫星通信和电信设备的干扰更是彻底淹没了这些“宇宙低语”。月球背面则提供了近乎完美的屏蔽环境。当“CosmoCube”任务卫星绕月飞行时，每圈约两小时的轨道中有大约40分钟处于月球背面，完全隔绝地球噪音。

按预计，在为期两年的任务中，该卫星将累计观测1000小时，收集关于宇宙最后一个未被探索时期的数据，帮助理解宇宙如何从一片黑暗空旷演变为今日的复杂结构。

同时，“CosmoCube”还将研究暗物质的存在和作用。暗物质是一种将星系维系在一起的神秘力量。在早期宇宙中，氢原子的21厘米线将揭示暗物质如何引导氢气体聚集，进而形成第一批恒星和星系。

为实现这一目标，“CosmoCube”将在10MHz—50MHz的极低频率范围内工作，远低于地面望远镜的覆盖范围。月球背面能同时解决屏蔽和全天空视野两大难题，成为唯一的理想观测点。 进入月球轨道后，卫星会展开一根细而轻的高灵敏无线电天线，并在多个内置参考源之间来回切换，以消除卫星自身电子设备产生的微小漂移和噪声。数据传回地球后，团队先要去除来自银河系的前景无线电辐射，重建天线对不同方向天空的响应，再进一步剔除残余噪声。

这项任务计划在5年内发射升空。其以紧凑且相对低成本的小卫星平台，探测宇宙最深、最遥远时期的信号，而这些区域，目前没有任何其他手段能够触及。