Ein kompaktes in Großbritannien hergestelltes Satellit könnte bald Schutz hinter dem Mond suchen, um ein Signal aus einer Zeit vor der allerersten Sterne einzufangen. CosmoCube ist ungefähr so groß wie ein Handgepäckstück, und sein Design ermöglicht es, nach schwachen Signalen zu lauschen und gleichzeitig die Funkstörsignale zu vermeiden, die von der abgewandten Seite unseres eigenen Planeten erzeugt werden.
Ein internationales Team unter der Leitung der Universität Cambridge hat den Satelliten gebaut. Seine Mission ist einfach: den Mond als Barriere positionieren und dann nach einem schwachen Signal aus der Zeit suchen, bevor es Sterne gab. Dieses Signal ist die 21-Zentimeter-Linie, die Wasserstoffatome verfolgt, die zwischen dem Urknall und dem Moment des Beginns der Kernfusion in den allerersten Sternen existierten.
Warum die Ferne funktioniert
Die Ionosphäre der Erde blockiert die Funkfrequenzen, die benötigt werden, um dieses Signal vom Boden aus zu sehen. Die eigenen Funkübertragungen unseres Planeten – FM-Sender, Satelliten, Telekommunikation – übertönen das schwache kosmische Flüstern mit Rauschen. Der Mond bietet eine natürliche Lösung. Wenn CosmoCube hinter den Mond gelangt, blockiert der Mond für etwa 40 Minuten während jeder zweistündigen Umlaufbahn das Funkrauschen von der Erde.
Wissenschaftler wollen etwa 1.000 Stunden Daten im Laufe der voraussichtlichen zweijährigen Aufenthaltsdauer des Fahrzeugs im Weltraum sammeln. Diese Informationen könnten Licht darauf werfen, wie sich das Kosmos von einem dunklen, relativ leeren Raum in das von Galaxien gefüllte Universum verwandelte, das wir heute sehen.
Die frühe Rolle der Dunklen Materie
Über die Untersuchung des dunklen Zeitalters nutzen Forscher CosmoCube, um Dunkle Materie und ihre Rolle bei der Gestaltung der frühesten kosmischen Strukturen zu untersuchen. Obwohl Dunkle Materie selbst nicht direkt beobachtet werden kann, ist ihr gravitationsbedingter Einfluss unerlässlich, um zu verstehen, wie Galaxien und andere großräumige Formationen ihre Form erhalten.
„Diese Emission von Wasserstoff nach dem Urknall, aber vor den ersten Sternen, wird uns hoffentlich ermöglichen, die Rolle der Dunklen Materie im frühen Universum zu verstehen, wie sie daran arbeitete, Wasserstoff zu den ersten Sternen und Galaxien zusammenzuziehen“, sagte der Hauptverfasser Professor Eloy de Lera Acedo vom Cavendish Laboratory der Universität Cambridge.
Wie der Satellit lauscht
Um diese frühe Epoche zu erreichen, wird CosmoCube Funkfrequenzen zwischen 10 und 50 MHz beobachten. Diese Frequenzen sind größtenteils für Bodenobservatorien unzugänglich, was den Mond zu einem besonders wertvollen Standort für das Experiment macht.
„Es gibt keinen anderen Ort, an dem man den gewünschten Schutz zum Nachweis eines so schwachen Signals erhalten kann, während man gleichzeitig den gesamten Weltraum betrachtet“, sagte de Lera Acedo, der auch mit dem Kavli-Institut für Kosmologie verbunden ist. „Die abgewandte Seite des Mondes ist wirklich die einzige Option: sie löst mehrere Probleme auf einmal und öffnet ein klares Fenster zum sehr frühen Universum.“
Die Antenne und ihre Kalibrierung
Nach dem Erreichen der Mondumlaufbahn wird CosmoCube seine lange, leichte Funkantenne freisetzen. Während das Raumschiff hinter dem Mond vorbeizieht, wird die Antenne nach dem 21-Zentimeter-Wasserstoffsignal aus dem frühen Universum suchen, wobei die Mondoberfläche als Schutzschild gegen Störungen von der Erde dient.
CosmoCube muss ein extrem schwaches Signal mit großer Genauigkeit verfolgen. Es tut dies, indem es zwischen dem Blick in den Himmel und der Messung mehrerer interner Referenzquellen hin und her wechselt, sodass es seine eigene Elektronik ständig kalibrieren und Korrekturen vornehmen kann. Der Sinn dieses Ansatzes ist es, kleine Variationen oder elektronisches Rauschen, das vom Raumschiff selbst stammt, aufzufangen und zu beseitigen, damit diese nicht als Signal aus fernen kosmischen Zeiten gewertet werden.
Nachdem die Beobachtungen zur Erde zurückgekehrt sind, werden die Forscher weitere Arbeiten mit ausgeklügelten Bayes’schen statistischen Methoden durchführen, um das gewünschte Signal vom Hintergrundrauschen zu trennen, insbesondere von den Radioemissionen unserer eigenen Galaxie. Die Computermodelle und Messungen der Mission werden ihnen helfen, zusammenzufügen, wie CosmoCubes Antenne auf verschiedene Teile des Himmels reagiert. Dieses Wissen ermöglicht es ihnen, verbleibende Verzerrungen zu beheben, die die Ergebnisse andernfalls verfälschen könnten.
Eine kompakte Plattform
Da immer mehr Nationen Missionen zur abgewandten Seite des Mondes planen, könnte die dort herrschende Funkstille immer wertvoller werden. Die USA und Indien gehören zu denjenigen, die Methoden entwickeln, um die ungewöhnlich ruhige Radioumgebung der Mondrückseite zu nutzen.
Das britische Unternehmen Surrey Space Technology Limited (SSTL) entwickelt die Raumfahrzeugplattform CosmoCube (‚SSTL-21‘), die ein hochintegriertes Miniaturradiometer kombiniert, das moderne analoge und digitale Technologien mittels sogenannter RF Systems on Chip Technologie (RFSoCs) nutzt. SSTL ist auf die Herstellung kleiner Satelliten spezialisiert.
Was es einzigartig macht
Das Besondere an der Mission ist ihr Umfang: Sie sendet einen kleinen, relativ kostengünstigen Satelliten aus, um die frühesten, tiefsten Teile des dunklen Zeitalters zu untersuchen, die andere Instrumente nicht erreichen können, so de Lera Acedo.
| Feature | CosmoCube |
|---|---|
| Größe | Kofferraum-Größe |
| Missionsdauer | Voraussichtlich zwei Jahre |
| Beobachtungsstunden | Etwa 1.000 Stunden |
| Frequenzbereich | 10 bis 50 MHz ) |
| Abschirmung ) | Ferne Seite des Mondes ) |
| Meilenstein ) | Zeitleiste ) |
|---|---|
| Mission finanziert ) | Von der UK Space Agency ) |
| Startziel ) | Innerhalb der nächsten fünf Jahre ) |
| Beobachtungen ) | ~1.000 Stunden über zwei Jahre ) |
| Datenverarbeitung ) | Nutzt Bayes’sche Statistik ( |
| Plattform ( | SSTL-21, entwickelt von SSTL ( |
The Science at Stake (
Die Zeitspanne zwischen dem verblassenden Nachglühen des Urknalls und dem Moment, als die Kernfusion in den ersten Sternen begann, ist den Augen des Menschen noch verborgen geblieben. Dieses Signal stammt mehr als 13,5 Milliarden Jahre zurück, doch es stellt eine große Herausforderung dar, es von unserem Planeten zu empfangen. (
Die Finanzierung des Projekts stammt von der britischen Weltraumbehörde, und die Forscher hoffen, CosmoCube innerhalb der nächsten fünf Jahre zu starten. Die Details der Mission wurden in Nature Astronomy veröffentlicht. (
Das Ziel ist klar: Das Team konstruiert nicht nur ein kleineres Teleskop. Stattdessen nutzen sie den Mond selbst als Instrument. Die abgewandte Seite dient als natürlicher Radioschild, während das Raumschiff als Präzisionshörer fungiert. Gemeinsam öffnen sie einen Weg zu einem Kapitel der Vergangenheit des Universums, das verborgen geblieben ist. (
Das Signal ist schwach, aber der Schild ist perfekt. (
Quellenmaterial: „Dieses koffergroße Raumschiff könnte das Universum vor der Entstehung von Sternen hören“, ScienceDaily. (
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