Введение

В недалеком будущем, крошечный спутник, разработанный в Великобритании, отправится на обратную сторону Луны, чтобы ответить на один из самых волнующих вопросов космологии: что происходило в течение 150 миллионов лет космической темноты, предшествовавших появлению первых звезд? Спутник, названный CosmoCube, станет уникальным инструментом для изучения ранней Вселенной и ее тайн.

Роль Луны как щита

Международная команда ученых под руководством Кембриджского университета планирует использовать обратную сторону Луны как «щит», чтобы спутник мог блокировать шум Земли и улавливать еле слышимые сигналы из ранней Вселенной. Этот сигнал, известный как 21-сантиметровая линия, излучается атомами водорода в период между послесвечением Большого взрыва и космическим рассветом, когда началась нуклеосинтез и зажглись первые звезды.

Сложности наблюдений

Обнаружить этот сигнал, появившийся более 13,5 миллиарда лет назад, крайне сложно с помощью наземных телескопов, поскольку ионосфера Земли блокирует нужные частоты, а помехи от FM-радио, спутников и телекоммуникаций заглушают его. Однако Луна предоставляет естественный щит. Когда CosmoCube будет находиться на обратной стороне Луны, он будет защищен от всего шума с Земли примерно на 40 минут каждого 2-часового орбиты.

Понимание темной материи

Миссия CosmoCube получила финансирование от Космического агентства Великобритании, и исследователи надеются запустить спутник в течение следующих пяти лет. Исследования будут опубликованы в журнале Nature Astronomy. Кроме изучения ранней Вселенной, CosmoCube также исследует роль темной материи — загадочной силы, которая удерживает галактики вместе.

Как сказал ведущий автор профессора Элой де Лера Аседо из Кембриджской лаборатории Кавендиша: «Это излучение от водорода после Большого взрыва, но до появления первых звезд, должно помочь нам понять роль темной материи в ранней Вселенной, как она способствовала образованию первых звезд и галактик».

Технические аспекты работы спутника

Для изучения этого периода CosmoCube будет работать на очень низких частотах — между 10 и 50 МГц, что значительно ниже диапазона, доступного наземным телескопам, что и обуславливает выбор Луны как «крепости уединения». «Нет другого места, где можно получить такое укрытие, необходимое для обнаружения столь слабого сигнала, одновременно наблюдая за всем космосом», — добавил де Лера Аседо.

Как спутник будет слушать

После выхода на орбиту Луны, CosmoCube развернет длинную легкую антенну, достаточно чувствительную, чтобы улавливать 21-сантиметровый сигнал от атомов водорода в ранней Вселенной. Во время орбиты вокруг Луны, спутник будет постоянно проверять и корректировать свои электронные системы с помощью калибратора «Dicke switched», который будет переключаться между небом и несколькими встроенными эталонными источниками. Это поможет исключить незначительные дрейфы и шум внутри спутника, которые могут маскировать космические сигналы.

Обработка данных

Когда данные CosmoCube вернутся на Землю, команда использует современные методы байесовской статистики для удаления фонового шума — в основном радиовыбросов из нашей галактики. Также будет проведено моделирование, чтобы реконструировать, как антенна реагирует на разные участки неба, что позволит вычесть оставшиеся искажения.

Конкуренция за тишину Луны

Тем не менее, обратная сторона Луны может не оставаться тихой надолго: другие миссии планируются США, Индией и другими странами, стремящимися воспользоваться тишиной Луны. CosmoCube оснащен современным миниатюрным радиометром, использующим новейшие аналоговые и цифровые технологии, так называемые RF-Systems-on-Chip (RFSoCs).

Заключение

Космическая платформа CosmoCube разрабатывается в Великобритании компанией Surrey Space Technology Limited (SSTL), которая специализируется на производстве малых спутников. Разработка инструментов уже находится на стадии активной работы, с функционирующими лабораторными прототипами и ключевыми сотрудничествами с промышленными партнерами. Миссия CosmoCube нацелена на проведение амбициозных научных исследований с помощью компактного, сравнительно недорогого спутника, что делает ее уникальной в своем роде.