Satelit CosmoCube trebao bi iskoristiti Mjesec kao prirodni štit od radijskih smetnji sa Zemlje i pokušati zabilježiti signal neutralnog vodika iz razdoblja prije nastanka prvih zvijezda. Misija, koju vodi međunarodni tim predvođen Sveučilištem u Cambridgeu, mogla bi zaviriti u jedno od posljednjih gotovo neistraženih razdoblja povijesti svemira.
Svemir je bio star oko 400.000 godina kada se dovoljno ohladio da se protoni i elektroni počnu spajati u neutralne atome vodika. Kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje, najstarija svjetlost koju danas možemo izravno promatrati, potječe iz tog razdoblja. Nakon toga nastupila je golema praznina u našim opažanjima.
Prve zvijezde pojavile su se tek stotinama milijuna godina poslije. Između ta dva razdoblja leži takozvano kozmičko tamno doba, vrijeme bez zvijezda i galaksija kakve danas poznajemo, kada je svemirom dominirao hladan neutralni vodik. Upravo u tom gotovo neistraženom razdoblju kriju se informacije o tome kako su nastale prve velike strukture, kako se materija počela okupljati i kakvu je ulogu u tome imala tamna tvar.
CosmoCube bi do tih podataka pokušao doći s mjesta na kojem je Zemlja konačno dovoljno tiha. Satelit približno veličine manjeg komada ručne prtljage kružio bi oko Mjeseca i tijekom prolazaka iza njegove daleke strane koristio cijelo mjesečevo tijelo kao zaštitu od radijskih signala koje proizvodi naša civilizacija.
Signal vodika koji Zemlja gotovo ne može čuti
Cilj je detektirati poznatu vodikovu liniju valne duljine 21 centimetar. Ona nastaje pri vrlo specifičnoj promjeni energetskog stanja neutralnog atoma vodika i jedan je od najvažnijih alata za proučavanje ranog svemira.
Zbog širenja svemira signal nastao prije više od 13,5 milijardi godina danas je rastegnut na mnogo veće valne duljine, odnosno znatno niže radijske frekvencije. CosmoCube je predviđen za opažanja između 10 i 50 MHz. Upravo tu nastaje problem za teleskope na Zemlji.
Na tako niskim frekvencijama ionosfera počinje ozbiljno ometati ili potpuno onemogućavati opažanja. Dodatni problem stvaraju FM radio, telekomunikacijski sustavi, sateliti i brojni drugi izvori ljudskog radijskog zračenja. Znanstveni rad objavljen 14. kolovoza u časopisu Nature Astronomy navodi da atmosferski učinci i radijske smetnje praktično onemogućavaju zemaljske opservacije ispod približno 45 MHz, čime velik dio kozmičkog “tamnog doba” ostaje izvan dosega postojećih radioteleskopa.
Daleka strana Mjeseca pruža rijetko rješenje. Kada se letjelica nađe iza Mjeseca u odnosu na Zemlju, Mjesec fizički blokira velik dio radijskog zračenja koje dolazi s našeg planeta.
Prema trenutačnom konceptu, CosmoCube bi u svakoj orbiti koja traje oko dva sata imao približno 40 minuta takve radijske tišine. Tijekom planirane dvogodišnje misije znanstvenici očekuju prikupiti oko 1.000 sati podataka.
Mali satelit s vrlo osjetljivim prijamnikom
Nakon ulaska u orbitu oko Mjeseca CosmoCube bi razvio dugu i laganu radijsku antenu. Iza relativno jednostavne vanjštine krije se instrument koji mora razlikovati iznimno slab kozmološki signal od mnogo snažnijeg radijskog zračenja naše galaksije i od smetnji koje proizvodi sama elektronika letjelice.
To zahtijeva vrlo preciznu kalibraciju. Instrument bi tijekom rada neprestano uspoređivao signal s nekoliko ugrađenih referentnih izvora kako bi pratio sitne promjene u elektronici. Nakon prijenosa podataka na Zemlju istraživači namjeravaju koristiti Bayesove statističke metode za razdvajanje očekivanog signala ranog svemira od mnogo snažnijeg radijskog zračenja u prvom planu.
Satelitsku platformu SSTL-21 razvija britanska tvrtka Surrey Satellite Technology Limited, dok u projektu sudjeluju Sveučilište u Cambridgeu, Sveučilište u Portsmouthu, STFC RAL Space i drugi partneri iz Ujedinjenog Kraljevstva, Europe i SAD-a. Razvoj instrumenata već je odmaknuo do laboratorijskih prototipova i ispitivanja modela u uvjetima koji oponašaju temperaturne promjene očekivane u mjesečevoj orbiti.
Misija je dobila financijsku potporu Britanske svemirske agencije. Tim se nada lansiranju u sljedećih pet godina, iako CosmoCube još nema potvrđen datum lansiranja. Projekt je sudjelovao i u pozivu Europske svemirske agencije za male i brze misije, s ciljanom cijenom manjom od 50 milijuna eura.
Pogled u vrijeme prije prvih zvijezda
Najvažniji rezultat ne bi bila fotografija ranog svemira. CosmoCube bi mjerio prosječan radijski signal neutralnog vodika preko cijelog neba i pratio kako se njegova jačina mijenjala kroz kozmičko vrijeme.
Takvo mjerenje moglo bi pokazati kako se plin hladio nakon nastanka kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja i kako se postupno počeo skupljati pod djelovanjem gravitacije. To bi pružilo neovisan način ispitivanja modela tamne tvari i nastanka prvih zvijezda i galaksija. Autori rada naglašavaju da je razdoblje između rekombinacije i pojave prvih zvijezda i dalje uglavnom neistraženo, unatoč velikom napretku teleskopa koji danas promatraju prve galaksije.
CosmoCube nije jedini projekt koji želi iskoristiti iznimnu radijsku tišinu daleke strane Mjeseca. Razmatraju se i mnogo veći lunarni radioteleskopi, uključujući sustave koji bi se postavili izravno na površinu. Prethodno smo pisali o projektu DEX, velikom nizu antena predloženom upravo za proučavanje kozmičkog tamnog doba. NASA je proučavala i koncept radioteleskopa koji bi mogao biti izgrađen na dalekoj strani Mjeseca.
Prednost CosmoCubea je drukčija. Umjesto velikog opservatorija na površini, istraživači žele pokazati koliko se znanosti može izvući iz razmjerno malog i jeftinijeg satelita u mjesečevoj orbiti.
No postoji i vremenski pritisak. Autori upozoravaju da daleka strana Mjeseca možda neće zauvijek ostati radijski tiha. Sve više država i privatnih kompanija planira komunikacijsku infrastrukturu, satelite i druge sustave oko Mjeseca. Ako se radijski promet ondje znatno poveća, jedno od posljednjih prirodno tihih mjesta u blizini Zemlje moglo bi postati mnogo manje pogodno za ovakva opažanja.
