|
Спутник будет подслушивать шепот Вселенной
|
|
|
|
Разработанный в Великобритании крошечный спутник, размером примерно с небольшой чемоданчик, может помочь ответить на один из самых важных вопросов космологии: что происходило в течение примерно 150 миллионов лет космической «темной эпохи», до появления первых звезд во Вселенной?
|
|
|
|
Международная группа ученых под руководством Кембриджского университета будет использовать обратную сторону Луны в качестве «экрана», чтобы спутник — получивший название CosmoCube — мог блокировать весь земной шум и слушать слабый «шепот» из самой ранней Вселенной.
|
|
|
|
Этот «шепот», известный как 21-сантиметровая линия, представляет собой сигнал, излучаемый атомами водорода в период между послесвечением Большого взрыва и космическим рассветом, когда ядерный синтез осветил первые звезды. Никто ранее не наблюдал эту эпоху напрямую.
|
|
|
|
Обнаружение этого сигнала, датируемого более чем 13,5 миллиардами лет назад, чрезвычайно сложно с помощью наземных телескопов, поскольку ионосфера Земли блокирует нужные частоты, а помехи от FM-радио, спутников и телекоммуникаций заглушают его.
|
|
|
|
|
|
|
Однако Луна обеспечивает естественный экран. По мере того, как CosmoCube вращается вокруг обратной стороны Луны, он будет защищен от всех помех с Земли примерно 40 минут каждого двухчасового оборота. За предполагаемые 2 года миссии он накопит 1000 часов данных об одном из последних неисследованных периодов Вселенной, помогая нам понять, как Вселенная перешла от темной и почти пустой к той сложности, которую мы видим сегодня.
|
|
|
|
Миссия получила финансирование от Космического агентства Великобритании, и исследователи надеются, что CosmoCube будет запущен в течение следующих пяти лет. Подробности опубликованы в журнале Nature Astronomy.
|
|
|
|
Помимо исследования Вселенной в период до появления первых звёзд, CosmoCube также будет изучать роль тёмной материи — таинственной силы, которая удерживает галактики вместе.
|
|
|
|
«Это излучение водорода после Большого взрыва, но до появления первых звёзд, позволит нам понять роль тёмной материи в ранней Вселенной, как она способствовала объединению водорода в первые звёзды и галактики», — сказал ведущий автор, профессор Элой де Лера Аседо из Кавендишской лаборатории Кембриджского университета.
|
|
|
|
Для изучения этого периода CosmoCube будет работать на чрезвычайно низких частотах — от 10 до 50 МГц — далеко за пределами диапазона наземных телескопов, поэтому Луна будет использоваться в качестве «крепости одиночества» CosmoCube.
|
|
|
|
«Нет другого места, где можно было бы получить такую защиту, необходимую для обнаружения столь слабого сигнала, и одновременно наблюдать за всем космическим пространством», — сказал де Лера Аседо, сотрудник Института космологии Кавли. «Обратная сторона Луны — это действительно единственный вариант: он решает сразу несколько проблем, открывая беспрепятственное окно в самую раннюю Вселенную».
|
|
Как спутник будет слушать
|
|
|
|
Находясь на орбите вокруг Луны, CosmoCube развернет длинную, легкую радиоантенну, достаточно чувствительную для обнаружения 21-сантиметрового сигнала от атомов водорода в ранней Вселенной, когда спутник будет находиться на обратной стороне Луны.
|
|
|
|
Находясь на лунной орбите, CosmoCube будет постоянно проверять и корректировать свою электронику с помощью калибратора «Дике», который будет переключаться между небесными явлениями и несколькими встроенными эталонными источниками. Это поможет компенсировать крошечные дрейфы и шумы внутри спутника, которые в противном случае могли бы маскироваться под космические сигналы.
|
|
|
|
После того, как данные CosmoCube вернутся на Землю, команда будет использовать передовые байесовские статистические методы для удаления фонового шума — в основном радиоизлучения из нашей собственной галактики. Они также восстановят реакцию антенны на различные участки неба с помощью компьютерного моделирования и измерений в полете, что позволит им вычесть любые оставшиеся искажения.
|
|
|
|
«Помимо научной составляющей, уникальность нашей миссии заключается в ее масштабе: мы исследуем самые ранние и глубокие участки темных веков, до которых другие не добираются, но с помощью компактной и относительно недорогой платформы», — сказал де Лера Аседо.
|
|
Гонка за сохранение тишины на Луне
|
|
|
|
Однако обратная сторона Луны может не оставаться тихой долго: США, Индия и другие страны планируют другие миссии, чтобы воспользоваться тишиной Луны.
|
|
|
|
CosmoCube оснащен современным, полностью интегрированным миниатюрным радиометром, использующим новейшие аналоговые и цифровые технологии, так называемые радиочастотные системы на кристалле (RF-Systems-on-Chip, RFSoC). Космическая платформа CosmoCube ("SSTL-21") разрабатывается в Великобритании компанией Surrey Space Technology Limited (SSTL), специализирующейся на производстве малых спутников.
|
|
|
|
Разработка приборов идет полным ходом: создаются работающие лабораторные прототипы, проводятся экологические испытания, налажено ключевое сотрудничество с промышленными партнерами. В Великобритании академическими партнерами являются Портсмутский университет и STFC RAL Space, а также участвуют представители стран ЕС, таких как Мальта. Команда CosmoCube недавно приняла участие в конкурсе идей ESA mini-Fast missions, целевая стоимость миссии должна составлять менее 50 миллионов евро.
|
|
|
|
«Цель CosmoCube — провести амбициозные научные исследования с помощью очень маленького спутника в сложных условиях, и для этого требуются продуманные конструктивные решения», — сказал соавтор, доктор Уилл Грейнджер из STFC RAL Space. «Мы работали с партнерами по проекту над разработкой репрезентативных моделей спутника и его полезной нагрузки. Они были протестированы в наших лабораториях, чтобы убедиться, что тепловые характеристики позволяют полезной нагрузке работать и выполнять необходимые чувствительные измерения в различных температурных условиях, которые она будет испытывать на орбите вокруг Луны. В будущем мы надеемся продолжить разработку полной полезной нагрузки в рамках подготовки к полномасштабной миссии».
|
|
|
|
«Это может стать настоящей историей успеха Великобритании: оборудование, программное обеспечение, реализация и технологии — все разрабатывается здесь, и это может помочь нам ответить на один из самых глубоких вопросов во Вселенной», — сказал де Лера Аседо.
|
|
|
|
Источник
|
