Британские специалисты создали компактный космический аппарат CosmoCube, размеры которого сопоставимы с ручной кладью. Международная группа исследователей под руководством Кембриджского университета намерена отправить его на орбиту вокруг Луны. Обратная сторона естественного спутника Земли способна экранировать радиопомехи, идущие от нашей планеты, что создаёт исключительно тихие условия для наблюдений.
Учёные рассчитывают зафиксировать так называемую линию водорода на длине волны 21 сантиметр. Этот сигнал исходит от атомов водорода, существовавших в период между остаточным свечением Большого взрыва и эпохой космической зари, когда в первых звёздах запустился термоядерный синтез. Прямых наблюдений этого этапа истории Вселенной до сих пор не проводилось. Искомый сигнал возник более 13,5 миллиарда лет назад, однако с Земли его уловить крайне сложно: ионосфера не пропускает нужные радиочастоты к наземным обсерваториям, а FM-вещание, спутники и телекоммуникации создают дополнительные помехи.
Луна предлагает естественное решение проблемы. Когда CosmoCube оказывается за её обратной стороной, лунное тело блокирует радиошум с Земли примерно на 40 минут в течение каждого двухчасового витка. За двухлетнюю миссию исследователи надеются накопить около 1000 часов наблюдений одной из последних почти не изученных эпох Вселенной. Эти данные помогут объяснить, как космос превратился из тёмного и почти пустого пространства в богатый мир звёзд, галактик и других структур. Проект финансируется Космическим агентством Великобритании, запуск планируется в течение ближайших пяти лет, а детали миссии опубликованы в журнале Nature Astronomy.
Аппарат займётся не только изучением периода до появления первых звёзд. Исследователи также надеются пролить свет на тёмную материю и её роль в формировании древнейших космических структур. Тёмную материю нельзя увидеть напрямую, но её гравитационное влияние необходимо для объяснения того, как удерживаются вместе галактики и другие крупные объекты. «Это излучение водорода после Большого взрыва, но до первых звёзд, позволит нам, как мы надеемся, понять роль тёмной материи в ранней Вселенной, то, как она стягивала водород в первые звёзды и галактики», — приводит слова ведущего автора профессора Элоя де Лера Аседо из Кавендишской лаборатории Кембриджа. Для наблюдения этого древнего периода CosmoCube будет работать на радиочастотах от 10 до 50 МГц, которые почти недоступны для наземных телескопов.
После выхода на лунную орбиту аппарат развернёт длинную лёгкую радиоантенну. При заходе за Луну она будет искать сигнал водорода, пока лунная поверхность блокирует помехи с Земли. Для обнаружения столь слабого сигнала требуется предельная точность, поэтому CosmoCube станет постоянно калибровать собственную электронику с помощью переключаемого калибратора Дикке, попеременно наблюдая небо и измеряя внутренние эталонные источники. Это позволит выявлять и устранять мельчайшие изменения и электронные шумы самого аппарата, которые иначе можно принять за сигнал из глубины космической истории. Дополнительная обработка данных на Земле с применением байесовских статистических методов отделит нужный сигнал от фонового радиоизлучения, в первую очередь от излучения нашей Галактики.
«Помимо науки, нашу миссию делает уникальной её размер: мы исследуем самые ранние, самые глубокие части тёмных веков, до которых другие не добираются, но с помощью компактной и относительно недорогой платформы», — отметил де Лера Аседо. Радиотишина за Луной может стать всё более ценной: США, Индия и другие страны также планируют миссии для использования тихой радиообстановки на обратной стороне спутника. Сам CosmoCube оснащён миниатюрным радиометром на базе технологии RF Systems on Chip (радиочастотные системы на кристалле), а его платформа SSTL-21 разрабатывается британской компанией Surrey Space Technology Limited, специализирующейся на малых спутниках. Работа над прибором уже идёт: созданы лабораторные прототипы, проводятся экологические испытания, в проекте участвуют Портсмутский университет, STFC RAL Space и исследователи из стран ЕС, включая Мальту. Команда недавно участвовала в конкурсе идей ESA mini Fast missions, предложив миссию стоимостью менее 50 миллионов евро.