یک تیم بین‌المللی به سرپرستی دانشگاه کمبریج قصد دارد ماهواره فشرده CosmoCube را برای جست‌وجوی سیگنال هیدروژن از عصر تاریک کیهانی جهان به مدار ماه بفرستد. در سمت پنهان ماه، این فضاپیما حدود ۴۰ دقیقه از هر مدار دوساعته از تداخل رادیویی زمینی محافظت می‌شود و این امر به آن کمک میکند اندازه‌گیری‌هایی انجام دهد که از زمین ممکن نیستند. این مأموریت می‌تواند دوره پیش از پیدایش نخستین ستارگان را بررسی کند و شواهدی درباره نقش آغازین ماده تاریک فراهم آورد.
نکات کلیدی
- CosmoCube یک ماهواره کوچک توسعه‌یافته در بریتانیا و تقریباً هم‌اندازه یک چمدان دستی کوچک است.
- این ماهواره برای رصد خط ۲۱ سانتی‌متری گسیل‌شده از اتم‌های هیدروژن در عصر تاریک کیهانی و سپیده‌دم کیهانی طراحی شده است.
- ماهواره هنگام عبور از پشت ماه، دور از نویز رادیویی زمین، در فرکانسهای ۱۰ تا ۵۰ مگاهرتز رصد خواهد کرد.
- تیم در طول مأموریتی که انتظار می‌رود دو سال ادامه داشته باشد، هدف جمع‌آوری هزار ساعت داده را دنبال میکند.
- این پروژه از آژانس فضایی بریتانیا بودجه دریافت کرده است و پژوهشگران امیدوارند ظرف پنج سال پرتاب شود.
چرا از سمت پنهان ماه استفاده می‌شود؟
dark side of the Moon برای راهبرد رصدی CosmoCube اهمیت محوری دارد، زیرا جرم ماه می‌تواند هنگامی که فضاپیما در سمت پنهان قرار دارد، نویز زمین را مسدود کند. تلاش‌های زمینی با دو مانع اصلی روبه‌رو هستند: یونوسفر فرکانسهای پایین مرتبط را مسدود میکند و رادیوی اف‌ام، مخابرات و ماهوارهها تداخلی ایجاد میکنند که می‌تواند سیگنال کم‌نور کیهانی را تحت‌الشعاع قرار دهد.
هدف، خط ۲۱ سانتی‌متری اتم‌های هیدروژن در فاصله میان پس‌تاب مهبانگ و سپیده‌دم کیهانی، یعنی زمانی است که نخستین ستارگان شکل گرفتند. تیم این دوره را حدود ۱۵۰ میلیون سال توصیف میکند و می‌گوید تاکنون به‌طور مستقیم رصد نشده است. آشکارسازی آن به پژوهشگران امکان میدهد بررسی کنند جهان چگونه از وضعیتی تاریک و تقریباً خالی به ساختارهای امروزی تبدیل شد.
CosmoCube چه چیزی را اندازه می‌گیرد و چرا مهم است؟
CosmoCube تلاش خواهد کرد گسیل رادیویی بسیار کم‌نور از هیدروژن آغازین را در ۱۰ تا ۵۰ مگاهرتز اندازه‌گیری کند و برای این کار از آنتنی بلند و سبک استفاده میکند که در مدار ماه باز می‌شود. این اندازه‌گیری می‌تواند به پژوهشگران برای مطالعه شکل‌گیری نخستین ستارگان و کهکشان‌ها و بررسی اینکه ماده تاریک چگونه در جهان آغازین هیدروژن را گرد هم کشید، کمک کند.
انتظار می‌رود ماهواره در گذرهای سمت پنهان، ضمن حفظ دید به فضا، حفاظ لازم برای رصد سیگنال را دریافت کند. طرح علمی پروژه همچنین به جداسازی گسیل مورد جست‌وجو از پیش‌زمینه‌های رادیویی بسیار درخشان‌تر، به‌ویژه گسیل‌های راه شیری، وابسته است.
ماهواره کوچک چگونه برای اندازه‌گیری دشوار طراحی شده است
این فضاپیما از یک رادیومتر مینیاتوری کاملاً یکپارچه مبتنی بر فناوری RF-Systems-on-Chip استفاده خواهد کرد. این سامانه سیگنال آسمان را به‌طور مکرر با منابع مرجع داخلی از طریق کالیبراتور سوئیچ‌شونده دیکی مقایسه میکند؛ فرایندی که برای اصلاح رانش‌های الکترونیکی و نویز داخلی طراحی شده است تا این عوامل به اشتباه شبیه سیگنال کیهانی ظاهر نشوند.
پژوهشگران پس از بازگرداندن داده‌ها به زمین، قصد دارند از روش‌های آماری بیزی برای حذف نویز پیش‌زمینه استفاده کنند. همچنین برنامه دارند شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای را با اندازه‌گیری‌های حین پرواز ترکیب کنند تا پاسخ آنتن را در سراسر آسمان بازسازی و اعوجاج‌های باقی‌مانده را کم کنند.
شرکت Surrey Space Technology Limited در بریتانیا در حال توسعه سکوی SSTL-21 است. توسعه ابزار شامل نمونه‌های آزمایشگاهی فعال و آزمون‌های محیطی است. شرکای دانشگاهی کمبریج شامل دانشگاه پورتسموث و STFC RAL Space هستند و مالت نیز در این کار مشارکت دارد؛ تیم همچنین در فراخوان ایده‌های مأموریت‌های mini-Fast آژانس فضایی اروپا شرکت کرد که هزینه مأموریت را کمتر از ۵۰ میلیون یورو هدف‌گذاری کرده بود.
این موضوع برای پژوهشگران و دانشگاه‌ها چه معنایی دارد
برای پژوهشگران، CosmoCube مسیری پیشنهادی برای رصدهایی است که تلسکوپ‌های رادیویی زمینی در فرکانسهای مورد نیاز نمی‌توانند انجام دهند. برای دانشگاه‌ها و سازمان‌های پژوهشی مشارکت‌کننده، این مأموریت کیهان‌شناسی، طراحی ابزار رادیویی، آزمون‌های حرارتی فضاپیما، کالیبراسیون و تحلیل آماری داده‌ها را دربر می‌گیرد. دانشگاه کمبریج، دانشگاه پورتسموث، STFC RAL Space، Surrey Space Technology Limited و همکاران بین‌المللی در این کار حضور دارند.
رقابتی برای حفظ محیط رادیویی آرام ماه
این پروژه در زمانی مطرح می‌شود که سمت پنهان ماه برای اخترشناسی رادیویی و مأموریت‌های دیگر توجه گسترده‌تری جلب میکند. تیم CosmoCube یادآور می‌شود مأموریت‌هایی از ایالات متحده، هند و کشورهای دیگر برای بهره‌گیری از سکوت رادیویی ماه برنامه‌ریزی شده‌اند؛ بنابراین این محیط رصدی به‌طور استثنایی آرام ممکن است تا ابد بدون تغییر نماند.
جزئیات مأموریت پیشنهادی در سال ۲۰۲۶ در Nature Astronomy منتشر شد. این کار تا حدی با حمایت آژانس فضایی بریتانیا، بنیاد کاولی و شورای تأسیسات علم و فناوری انجام شد که بخشی از UK Research and Innovation است.
پرسش‌های متداول
چرا CosmoCube نمیتواند این رصدها را از زمین انجام دهد؟
یونوسفر زمین فرکانسهای ۱۰ تا ۵۰ مگاهرتزی را که CosmoCube برای استفاده از آن‌ها طراحی شده است مسدود میکند و انتقالهای رادیویی، مخابرات و ماهوارهها تداخل ایجاد میکنند. گذر از سمت پنهان ماه، ماه را میان فضاپیما و زمین قرار میدهد و آن نویز زمینی را کاهش میدهد.
CosmoCube چه زمانی ممکن است پرتاب شود؟
پژوهشگران امیدوارند CosmoCube ظرف پنج سال پرتاب شود. این پروژه از آژانس فضایی بریتانیا بودجه دارد و کار روی ابزار آن شامل نمونه‌های آزمایشگاهی، آزمون‌های محیطی و توسعه سکوی فضاپیمای SSTL-21 است.
