Kuvittele pieni avaruusalus, kooltaan korkeintaan käsimatkatavaran verran, joka lipuu pois Maan kiertoradalta ja sukeltaa Kuun varjoon kuin laiva satamaan yöllä. Lyhyen hetken jokaisella kiertoradalla se istuu Kuun takana, suojassa planeettamme taukoamattomalta radiomelulta, ja kuuntelee kuisketta, joka on matkannut siitä asti kun ensimmäiset tähdet syttyivät.
Tuo kuunteluasema on CosmoCube, Iso-Britannian johtama tehtävä, joka on suunniteltu salakuuntelemaan maailmankaikkeuden niin kutsuttuja pimeitä aikoja. Kyseinen ajanjakso kesti noin 150 miljoonaa vuotta sen jälkeen kun alkuräjähdyksen hehku himmeni ja ennen kosmista aamunkoittoa, jolloin ensimmäiset tähdet syttyivät. Astronomit epäilevät, että neutraali vety jätti tuona aikana heikon sormenjäljen hyvin matalilla radioaalloilla. Tuon 21 senttimetrin linjan havaitseminen, joka on punasiirtynyt noin 10 ja 50 MHz:n välille, olisi kuin löytö fossiilikirjasta maailmankaikkeudesta ennen kuin valo sellaisena kuin tunnemme sitä oli olemassa.
Miksi piileskellä Kuun takana? Voisiko mikään Maassa kuulla niin muinaisen, heikon signaalin? Lyhyt vastaus on ei. Ionosfääri sekoittaa ja estää näitä matalia taajuuksia, ja ihmisen tuottamat lähteet, kuten FM-radio, satelliitit ja matkapuhelinverkot, peittävät taivaan. Kuun kaukoinen puoli toimii luonnollisena radiosuojana, hiljaisena kupolina, joka on suunnattu kaukaiseen avaruuteen. CosmoCube hyödyntää tätä rauhaa: kahden tunnin kiertoradalla alus viettää noin 40 minuuttia jokaisella ohituksella radiotilassa, ja suunnitellun kahden vuoden tehtävän aikana kerää arviolta tuhat tuntia havaintoja.
Pieni ei tarkoita helppoa. CosmoCube avaa kauan ulottuvan, kevyen radioantennin saavuttuaan Kuun kiertoradalle. Se kuuntelee taajuuskaistaa, joka on suurilta osin maapohjaisten teleskooppien ulottumattomissa. Haasteena ei ole vain kosminen heikkous vaan myös laitteen oma kohina. Elektroniikka surisee. Lämpötilat vaihtelevat. Pienet instrumentaaliset siirtymät voivat naamioitua merkityksellisiksi piirteiksi.
Edustava CosmoCube-malli läpäisee lämpötestejä RAL Spacessa.
Tämän torjumiseksi tiimi varusteli satelliitin Dicke-kytketyllä kalibrointijärjestelmällä, joka vuorottelee taivashavaintojen ja sisäänrakennettujen referenssikuormien välillä. Toistuva kytkentä antaa tutkijoille mahdollisuuden seurata ja vähentää instrumentin omituisuuksia ennen kuin ne turmelevat datan. Kun telemetria palaa Maahan, kehittyneet bayesiläiset analyysit erottelevat haetun vedyn signaalin paljon kirkkaammista etualoista, joista merkittävin on Linnunradan oma radiohehku. Tiimi simuloi ja mittaa myös antennin vasteen eri taivaanosille, jotta he voivat purkaa jäljelle jääviä vääristymiä.
CosmoCube'n tutkimus ulottuu yhden spektriviivan yli. Maailmankaikkeuden tarkkailu ennen tähtien muodostumista on suora tapa tutkia, miten pimeä aine käyttäytyi varhaisina aikoina ja miten se ohjasi vetyä ensimmäisten galaksien siemeniksi. Nopeuttiko pimeä aine jäähdytystä? Jättikö se jäljen primordiaalisen vedyn jakautumiseen ja lämpötilaan? Vastaus tällaisiin kysymyksiin muuttaisi perusteellisesti käsitystämme rakenteiden muodostumisesta.
Tämä kompakti tehtävä voi avata selkeän radioikkunan maailmankaikkeuden pimeille ajoille ja paljastaa fysiikkaa, johon yksikään teleskooppi ei ole vielä yltänyt.
Insinöörit ovat pakanneet modernit analogi- ja digiteknologiat miniatyyriseen radiometriin, joka rakentuu RF-järjestelmäsiruilla (RFSoC). Aluksen runko, nimeltään SSTL-21, on peräisin Surrey Space Technology Ltd:ltä (SSTL), brittiläiseltä piensatelliitteihin erikoistuneelta yritykseltä. Prototyyppejä on jo olemassa; ympäristö- ja lämpötestauksia tehdään muun muassa STFC RAL Spacen tiloissa. Akateemiset yhteistyökumppanit ympäri Iso-Britanniaa ja Eurooppaa, kuten Cambridgen Cavendish-laboratorio, Portsmouthin yliopisto, Maltan yhteistyökumppanit ja muut, ovat osallistuneet suunnitteluun, simulointeihin ja hyötykuorman kehitykseen. Projekti on saanut rahoitusta Iso-Britannian avaruusvirastolta ja siitä on kerrottu Nature Astronomy -lehdessä; tiimi toivoo laukaisua noin viiden vuoden sisällä.
Tässä on myös kilpailuelementti. Kuun kaukoinen puoli on nykyään poikkeuksellisen koskematon, mutta se ei pysy tyhjänä ikuisesti. Valtiot ja toimijat, jotka suunnittelevat kuulentoa, lisäävät vähitellen radiolähteitä tuolle alueelle, kuten miehistötehtäviä, laskeutujia ja viestireleitä. Mitä hiljaisempana kaukoinen puoli säilyy nyt, sitä parempi se on CosmoCube-tyyppisille kokeille. Tämä satelliitti on osin tiedekoe ja osin perustelu: pidetään Kuun osa tarpeeksi vapaana, jotta tulevat sukupolvet voivat yhä kuunnella maailmankaikkeuden heikoimpia kaikuja.
CosmoCube on kiehtovassa risteyskohdassa: kunnianhimoista kosmologiaa edulliselta, kompaktilta alustalta. Se esittää suuren kysymyksen pienessä paketissa. Voimmeko käyttää käsimatkatavaran kokoista luotainta lukeaksemme luvun maailmankaikkeudesta, joka ei ole koskaan avautunut? Jos tehtävä onnistuu, vastaus on voimakkaampi kuin alus itse.
"Olen ravitsemustieteilijä ja haluan auttaa ihmisiä syömään paremmin. Genomissa jaan tutkimuksiin perustuvia vinkkejä ravinnosta ja elämäntavoista."
Keskustelu
Jätä kommentti
Kommentit
Ei vielä kommentteja. Ole ensimmäinen.