Британский спутник CosmoCube размером с чемодан отправится на орбиту Луны, чтобы зарегистрировать радиосигналы, возраст которых составляет 13,5 миллиардов лет. Спрятавшись за обратной стороной Луны, аппарат попытается впервые напрямую зафиксировать 21-сантиметровое излучение нейтрального водорода, возникшее в эпоху «темных веков» — до появления первых звезд.
Основная научная цель миссии — регистрация 21-сантиметровой радиолинии нейтрального водорода. Этот сигнал, возникающий при переходе атомов водорода на низких частотах (в диапазоне 10–50 МГц), несет информацию о состоянии Вселенной до формирования первых светил. Прямая регистрация такого излучения до сих пор оставалась технически невыполнимой задачей.
Главное препятствие для наземных наблюдений — ионосфера Земли и интенсивные техногенные радиопомехи, включая FM-радио и сигналы телекоммуникаций. Эти факторы полностью блокируют слабый космический сигнал. Для решения этой проблемы траектория CosmoCube спроектирована таким образом, чтобы спутник использовал Луну в качестве естественного экрана.
Миссия рассчитана на два года. Спутник будет выведен на орбиту вокруг Луны, и каждые два часа он будет заходить за ее обратную сторону. В эти моменты, продолжительностью около 40 минут, Луна полностью перекрывает все электромагнитные помехи, исходящие от Земли. Обратная сторона Луны представляет собой единственную доступную площадку, позволяющую одновременно защитить прибор от шумов и вести непрерывный обзор небесной сферы.
За время работы аппарат планирует накопить около 1000 часов данных, которые позволят составить карту перехода Вселенной из состояния однородного темного пространства в структурированный космос с галактиками и звездами.
Для обеспечения точности измерений CosmoCube оснащен складной легковесной антенной, которая разворачивается на теневой стороне орбиты. Внутренний калибратор на основе переключателя Дике будет поочередно сравнивать сигнал с неба и опорный сигнал, чтобы отфильтровывать собственные шумы электроники спутника. Полученные данные после передачи на Землю будут обрабатываться с использованием байесовских статистических методов и компьютерного моделирования небесной сцены для устранения помех от галактического фона и инструментальных искажений. В аппарате также применяется современная радиочастотная система на кристалле (RFSoC) для питания миниатюрного радиометра.
Помимо картирования дозвездной Вселенной, CosmoCube будет изучать поведение темной материи на ранних этапах. Ученые рассчитывают, что наблюдения водорода позволят определить роль темной материи как гравитационного агента, который притягивал газ и способствовал формированию первых галактик.
Читайте также: Астрономы увидели, как межзвездное пространство поглощает остатки умирающей звезды