يخطط فريق دولي بقيادة جامعة كامبريدج لإرسال القمر الصناعي المدمج كوزموكيوب إلى مدار حول القمر للبحث عن إشارة هيدروجين من العصور المظلمة الكونية في الكون. وعلى الجانب البعيد من القمر، سيحجب جسم القمر التداخل الراديوي الأرضي عن المركبة لنحو 40 دقيقة من كل مدار مدته ساعتان، ما يساعدها على إجراء قياسات غير ممكنة من الأرض. وقد تتيح المهمة دراسة حقبة سبقت ظهور النجوم الأولى وتقديم أدلة عن الدور المبكر للمادة المظلمة.
حقائق رئيسية
- كوزموكيوب قمر صناعي صغير طُوّر في المملكة المتحدة، ويبلغ حجمه تقريباً حجم حقيبة سفر صغيرة تُحمل في المقصورة.
- صُمم لرصد خط 21 سنتيمتراً المنبعث من ذرات الهيدروجين خلال العصور المظلمة الكونية وفجر الكون.
- سيرصد القمر الصناعي ترددات بين 10 و50 ميغاهرتز أثناء مروره خلف القمر، بعيداً عن الضوضاء الراديوية للأرض.
- خلال مهمة متوقعة تمتد عامين، يهدف الفريق إلى جمع ألف ساعة من البيانات.
- حصل المشروع على تمويل من وكالة الفضاء البريطانية، ويأمل الباحثون أن يتم إطلاقه خلال خمس سنوات.
لماذا استخدام الجانب البعيد من القمر؟
يشكل الجانب البعيد من القمر محور استراتيجية الرصد لكوزموكيوب، لأن جسم القمر يستطيع حجب الضوضاء الآتية من الأرض عندما تكون المركبة الفضائية في الجهة البعيدة. وتواجه المحاولات الأرضية عائقين رئيسيين: فالغلاف الأيوني يحجب الترددات المنخفضة ذات الصلة، بينما تضيف إذاعات FM والاتصالات والأقمار الصناعية تداخلاً قد يطغى على الإشارة الكونية الخافتة.
الهدف هو خط 21 سنتيمتراً الصادر عن ذرات الهيدروجين في الفترة الواقعة بين الوهج اللاحق للانفجار العظيم وفجر الكون، حين تشكلت النجوم الأولى. ويصف الفريق هذه الفترة بأنها امتدت لنحو 150 مليون سنة، ويقول إنها لم تُرصد مباشرة. وسيتيح اكتشاف الإشارة للباحثين دراسة كيفية تحول الكون من حالة مظلمة وشبه فارغة إلى البنى المرصودة اليوم.
ماذا سيقيس كوزموكيوب، ولماذا يهم ذلك؟
سيحاول كوزموكيوب قياس انبعاث راديوي خافت للغاية من الهيدروجين المبكر عند 10–50 ميغاهرتز، باستخدام هوائي طويل وخفيف الوزن يُنشر في المدار القمري. وقد تساعد القياسات الباحثين على دراسة تشكل النجوم والمجرات الأولى، وفحص كيفية مساهمة المادة المظلمة في تجميع الهيدروجين في الكون المبكر.
أثناء المرور فوق الجانب البعيد، من المتوقع أن يتلقى القمر الصناعي الحجب اللازم لرصد الإشارة مع احتفاظه برؤية الفضاء. وتعتمد الخطة العلمية للمشروع أيضاً على فصل الانبعاث المطلوب عن مصادر الراديو الأمامية الأكثر سطوعاً بكثير، ولا سيما الانبعاثات القادمة من درب التبانة.
كيف صُمم القمر الصناعي الصغير للتعامل مع قياس صعب؟
ستستخدم المركبة مقياس إشعاع مصغراً ومتكاملاً بالكامل يعتمد على تقنية الأنظمة الراديوية على رقاقة. وسيقارن بصورة متكررة إشارة السماء بمصادر مرجعية مدمجة عبر مُعاير بتبديل ديكي، وهي عملية تهدف إلى تصحيح الانجرافات الإلكترونية والضوضاء الداخلية التي قد تشبه، لولا ذلك، إشارة كونية.
بعد إعادة البيانات إلى الأرض، يخطط الباحثون لاستخدام أساليب إحصائية بايزية لإزالة ضوضاء المقدمة. كما يخططون للجمع بين المحاكاة الحاسوبية والقياسات أثناء الطيران لإعادة بناء استجابة الهوائي عبر السماء وطرح التشوهات المتبقية.
تطوّر شركة Surrey Space Technology Limited منصة SSTL-21 في المملكة المتحدة. ويشمل تطوير الأجهزة نماذج أولية مختبرية عاملة واختبارات بيئية. ويضم شركاء كامبريدج الأكاديميون جامعة بورتسموث وSTFC RAL Space، إلى جانب مشاركة من مالطا؛ كما شارك الفريق في دعوة الأفكار لمهام mini-Fast التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية، التي استهدفت تكاليف للمهام تقل عن 50 مليون يورو.
ما الذي يعنيه ذلك للباحثين والجامعات؟
بالنسبة إلى الباحثين، يمثل كوزموكيوب مساراً مقترحاً نحو أرصاد لا تستطيع التلسكوبات الراديوية الأرضية إجراؤها عند الترددات المطلوبة. أما للجامعات والمنظمات البحثية المشاركة، فتجمع المهمة بين علم الكونيات وتصميم أجهزة الراديو والاختبارات الحرارية للمركبات الفضائية والمعايرة والتحليل الإحصائي للبيانات. ويشارك في العمل كل من جامعة كامبريدج وجامعة بورتسموث وSTFC RAL Space وشركة Surrey Space Technology Limited ومتعاونين دوليين.
سباق للحفاظ على بيئة راديوية قمرية هادئة
يأتي المشروع فيما يجذب الجانب البعيد من القمر اهتماماً أوسع بعلم الفلك الراديوي ومهام أخرى. ويشير فريق كوزموكيوب إلى أن بعثات من الولايات المتحدة والهند ودول أخرى يجري التخطيط لها للاستفادة من الصمت الراديوي للقمر، ما يعني أن بيئة الرصد الهادئة على نحو استثنائي هذه قد لا تبقى على حالها إلى أجل غير محدد.
نُشرت تفاصيل المهمة المقترحة في Nature Astronomy عام 2026. وحظي العمل بدعم جزئي من وكالة الفضاء البريطانية ومؤسسة كافلي ومجلس مرافق العلوم والتكنولوجيا، الذي يتبع لهيئة البحث والابتكار في المملكة المتحدة.
أسئلة شائعة
لماذا لا يستطيع كوزموكيوب إجراء هذه الأرصاد من الأرض؟
يحجب الغلاف الأيوني للأرض الترددات بين 10 و50 ميغاهرتز التي صُمم كوزموكيوب لاستخدامها، كما تُحدث البثوث الراديوية والاتصالات والأقمار الصناعية تداخلاً. وستضع عمليات المرور فوق الجانب البعيد من القمر بين المركبة الفضائية والأرض، ما يقلل تلك الضوضاء الأرضية.
متى يمكن إطلاق كوزموكيوب؟
يأمل الباحثون أن يُطلق كوزموكيوب خلال خمس سنوات. ويحظى المشروع بتمويل وكالة الفضاء البريطانية، بينما يشمل العمل على أجهزته نماذج أولية مختبرية واختبارات بيئية وتطوير منصة المركبة الفضائية SSTL-21.
