Jak wyglądał Wszechświat, zanim rozbłysły pierwsze gwiazdy? Naukowcy z Uniwersytetu Cambridge pracują nad misją CosmoCube, która ma zbadać jeden z najmniej poznanych okresów w historii kosmosu. Miniaturowy satelita, wykorzystując Księżyc jako naturalną osłonę przed zakłóceniami radiowymi z Ziemi, spróbuje wykryć sygnał pochodzący sprzed ponad 13,5 miliarda lat. Projekt omawia Piotr Kosek na kanale Astrofaza.
Obejrzyj materiał Astrofazy o misji CosmoCube:
CosmoCube – niewielka sonda, która ma zbadać początki Wszechświata
Międzynarodowy zespół naukowców kierowany przez prof. Eloya de Lera Acedo z Uniwersytetu Cambridge rozwija projekt CosmoCube.
Jego celem jest zbadanie okresu określanego jako kosmiczne ciemne wieki, kiedy Wszechświat był już wypełniony materią, ale nie istniały jeszcze gwiazdy rozświetlające przestrzeń.
Co szczególnie interesujące, do przeprowadzenia takich obserwacji badacze chcą wykorzystać satelitę wielkości niewielkiej walizki podręcznej.
Urządzenie ma zostać umieszczone na orbicie okołoksiężycowej i prowadzić wyjątkowo czułe pomiary radiowe.
Jeśli projekt zakończy się sukcesem, może dostarczyć nowych informacji o najwcześniejszych etapach formowania struktur kosmicznych.
Czym były kosmiczne ciemne wieki?
Historia Wszechświata rozpoczęła się około 13,8 miliarda lat temu wraz z Wielkim Wybuchem.
Przez pierwsze setki tysięcy lat materia była zbyt gorąca, aby mogły powstać stabilne, neutralne atomy.
Około 380–400 tysięcy lat po Wielkim Wybuchu nastąpiła epoka rekombinacji. Elektrony zaczęły łączyć się z jądrami atomowymi, a przestrzeń stopniowo stała się przezroczysta dla promieniowania.
Z tego okresu pochodzi mikrofalowe promieniowanie tła, które astronomowie badają do dziś.
Następnie rozpoczęły się kosmiczne ciemne wieki.
W przestrzeni dominował neutralny wodór. Pod wpływem grawitacji materia zaczynała tworzyć coraz gęstsze obszary, które z czasem doprowadziły do narodzin pierwszych gwiazd i galaktyk.
To właśnie ten słabo poznany etap ma zbadać CosmoCube.
Sygnał wodoru o długości 21 centymetrów. Klucz do przeszłości
Podstawowym celem misji jest poszukiwanie promieniowania związanego z neutralnym wodorem.
Atomy wodoru mogą emitować lub pochłaniać promieniowanie odpowiadające długości fali około 21 centymetrów.
To tak zwana linia 21 cm, niezwykle ważna w radioastronomii.
Jednak sygnał pochodzący z najdawniejszych epok nie dociera do nas w swojej pierwotnej postaci.
Wskutek rozszerzania się Wszechświata długość fali została znacznie rozciągnięta.
Dlatego CosmoCube ma prowadzić obserwacje w zakresie częstotliwości 10–50 MHz, co odpowiada falom radiowym o długościach około 6–30 metrów.
Analiza tego promieniowania może pomóc w odtworzeniu warunków panujących w kosmosie przed narodzinami pierwszych gwiazd.
Dlaczego nie można przeprowadzić tych obserwacji z Ziemi?
Wykrycie niezwykle słabego sygnału z początków Wszechświata stanowi ogromne wyzwanie techniczne.
Problemem jest przede wszystkim ziemska jonosfera oraz zakłócenia radiowe generowane przez działalność człowieka.
Jonosfera utrudnia obserwacje
Jonosfera zawiera naładowane elektrycznie cząstki, które wpływają na propagację fal radiowych.
Szczególnie niskie częstotliwości mogą być odbijane, tłumione lub zniekształcane, co utrudnia ich badanie za pomocą naziemnych radioteleskopów.
Ziemia jest pełna zakłóceń radiowych
Drugą przeszkodą są sygnały pochodzące z nadajników radiowych, systemów telekomunikacyjnych, satelitów i urządzeń elektronicznych.
Ich intensywność jest ogromna w porównaniu z subtelnym promieniowaniem poszukiwanym przez astronomów.
Nawet bardzo zaawansowane instrumenty nie są w stanie całkowicie wyeliminować tych zakłóceń podczas obserwacji z powierzchni naszej planety.
Rozwiązaniem ma być wykorzystanie naturalnej osłony, którą zapewnia Księżyc.
Księżyc jako tarcza radiowa. Jak będzie działać CosmoCube?
Plan zakłada umieszczenie CosmoCube na orbicie wokół Księżyca.
Podczas przelotu nad jego niewidoczną z Ziemi półkulą satelita znajdzie się w obszarze osłoniętym przed ziemskimi emisjami radiowymi.
Według założeń misji jeden obieg Księżyca ma trwać około dwóch godzin.
Przez mniej więcej 40 minut każdego obiegu sonda będzie mogła prowadzić obserwacje w wyjątkowo spokojnym środowisku radiowym.
To właśnie wtedy specjalistyczna aparatura spróbuje wychwycić sygnał pochodzący z epoki kosmicznych ciemnych wieków.
Księżyc będzie więc pełnił funkcję gigantycznej, naturalnej osłony przed zakłóceniami.
Jak mały satelita wykryje tak słaby sygnał?
CosmoCube ma zostać wyposażony w lekką antenę radiową oraz bardzo czuły odbiornik.
Jednym z największych wyzwań będzie odróżnienie rzeczywistego sygnału kosmicznego od szumów powstających wewnątrz urządzenia.
Nawet niewielkie zmiany temperatury elektroniki mogą wpływać na dokładność pomiarów.
Dlatego naukowcy zamierzają zastosować system regularnej kalibracji.
Odbiornik będzie przełączał się pomiędzy obserwacją nieba a wewnętrznymi źródłami odniesienia o znanych parametrach.
Takie rozwiązanie pozwoli lepiej kontrolować błędy aparatury i eliminować niepożądane zakłócenia.
Dodatkowo dane będą poddawane zaawansowanej analizie statystycznej, której zadaniem będzie oddzielenie poszukiwanego sygnału wodoru od promieniowania pochodzącego z naszej Galaktyki.
Czy CosmoCube pomoże lepiej zrozumieć ciemną materię?
Jednym z najciekawszych aspektów projektu jest możliwość zbadania wpływu ciemnej materii na rozwój młodego Wszechświata.
Zgodnie ze współczesnymi modelami kosmologicznymi ciemna materia odgrywała kluczową rolę w powstawaniu zagęszczeń materii, z których później uformowały się galaktyki.
Obserwacje promieniowania neutralnego wodoru mogą dostarczyć informacji o temperaturze i rozmieszczeniu gazu w odległej przeszłości.
Na tej podstawie badacze będą mogli porównywać rzeczywiste pomiary z przewidywaniami modeli kosmologicznych.
CosmoCube nie ma bezpośrednio wykrywać cząstek ciemnej materii. Może natomiast pomóc ustalić, jak wpływała ona na rozwój pierwszych struktur kosmicznych.
Ile będzie kosztowała misja CosmoCube?
Projekt otrzymał wsparcie finansowe Brytyjskiej Agencji Kosmicznej, UK Space Agency.
W przygotowaniach uczestniczą również instytucje naukowe i przemysłowe, w tym Uniwersytet Cambridge, RAL Space oraz Surrey Satellite Technology Limited.
W ramach rozwoju misji powstały prototypy instrumentów, które przechodzą testy laboratoryjne i środowiskowe.
Jednym z założeń jest utrzymanie całkowitego kosztu przyszłej misji poniżej 50 milionów euro.
To cel budżetowy projektu, a nie informacja o ostatecznie zatwierdzonym koszcie realizacji.
Kiedy CosmoCube poleci na orbitę Księżyca?
Misja znajduje się na etapie rozwoju technologii i przygotowań.
Naukowcy mają nadzieję, że wystrzelenie sondy będzie możliwe w ciągu najbliższych pięciu lat, licząc od przedstawienia założeń projektu w 2026 roku.
Nie ogłoszono jednak ostatecznej daty startu.
Według planów satelita ma działać przez około dwa lata.
W tym czasie powinien zgromadzić około 1000 godzin obserwacji prowadzonych w cieniu radiowym Księżyca.
Zebrane dane mają pomóc w odtworzeniu historii neutralnego wodoru oraz procesów poprzedzających narodziny pierwszych gwiazd.
Astrofaza wyjaśnia, jak naukowcy chcą zajrzeć w kosmiczne ciemne wieki
Projekt CosmoCube pokazuje, że przełomowe odkrycia w astronomii nie zawsze wymagają ogromnych teleskopów.
Niewielka sonda wyposażona w odpowiednio czułą aparaturę może umożliwić obserwacje, których nie da się przeprowadzić z Ziemi.
W materiale na kanale Astrofaza Piotr Kosek omawia założenia misji i wyjaśnia, dlaczego Księżyc może odegrać kluczową rolę w badaniu najstarszych etapów historii Wszechświata.
Cały materiał dotyczący CosmoCube i kosmicznych ciemnych wieków można obejrzeć w filmie Astrofazy na YouTube.
Źródło wideo: Astrofaza – materiał o misji CosmoCube, YouTube.
https://www.youtube.com/watch?v=aposKYjrfQ8
Podobne wpisy:
Reaktywacja konfliktu Labryga vs. Załęcki i dymy przed PRIME MMA 15. Co się działo w weekend?
Reforma systemu ETS: Prezydent przedstawia “instrukcję” dla rządu przed Radą Europejską
Lądowanie łazika Perseverance na żywo – Astrofaza LIVE – Astrofaza
🔥 Zimny Początek Finału: Analiza „Pierwszych 5 Minut” „Stranger Things 5” i Największe Teorie Po Premierze Volume 1!
10 Przykazań. Biblia Aramejska pierwszych chrześcijan Targum Neofiti 1.
Pierwszych 10 KO Mike Tysona w Karierze