Visuma attīstības vēsturē ir viens laikmets, par kuru zinātnieki joprojām zina ļoti maz. Kā nav
Šajā laikmetā nebija zvaigžņu vai planētu.Agrīnā Visuma vēsturi, kas bija pirms tumšajiem viduslaikiem, var secināt no kosmiskā mikroviļņu fona starojuma. Bet joprojām nav iespējas, kas ļautu astrofiziķiem novērot to, kas notika tumšajā laikmetā. Lai gan šī perioda radioviļņi joprojām pastāv kosmosā, radiotraucējumu pārpilnība uz Zemes aizēnoja šos signālus no mūsu planētas novērotājiem.
Taču pētnieki joprojām cenšas atrast veidu, kā sadzirdēt tumšo viduslaiku signālus. Lai to paveiktu, NASA plāno Mēness tālākajā pusē uzbūvēt radioteleskopu LuSEE-Night.
Kas ir Visuma tumšie laikmeti?
Mūsdienu kosmoloģiskā teorija aprakstaagrīnais Visums kā vieta ar ārkārtīgi ekstrēmiem apstākļiem. Visa enerģija un matērija, kas pastāv Visumā, bija koncentrēta mazā telpā, miljards reižu karstākā nekā Saules centrs.
Jau pirmajos brīžos pēc Lielā sprādzienaVisums pietiekami atdzisa, lai ļautu veidoties pirmajām elementārdaļiņām, piemēram, kvarkiem un elektroniem. Kvarki apvienojās, veidojot protonus un neitronus, un drīz pēc tam izveidojās deitērija, hēlija un litija kodoli. Enerģija pārvietojās pa topošo Visumu fotonu veidā, bet šī agrīnā gaisma rikošetā izspieda brīvos elektronus, kas vēl nebija saistīti ar nevienu atomu katrā pagriezienā.
Līdz šī laikmeta beigām aptuveni 380 tūkst.gadus pēc Lielā sprādziena Visums pietiekami atdzisa, lai protoni varētu sākt piesaistīt elektronus un pirmo reizi veidot neitrālus atomus. Šo procesu sauc par rekombināciju, vispārīgu ķīmisku terminu, kas apraksta brīvo elektronu uztveršanu ar uzlādētiem joniem. Tumšā laikmeta sākumā šāda lēkme notika pirmo reizi.
Astrofiziķi zina, kāds bija Visums pirms neilga laikapirms tumšā laikmeta sākuma. Kad veidojās pirmie neitrālie atomi, process izlaida gaismas fotonus, kas izkliedējās pa Visumu, radot apstākļu “momentuzņēmumu”. Šis kosmiskais ultra-augstfrekvences fona starojums jeb kosmiskais mikroviļņu fona starojums tiek konstatēts arī mūsdienās, un tas liecina, ka tajā laikā Visums bija vairāk vai mazāk vienāda blīvuma, ar ļoti maziem viļņojumiem.
Pirms pirmo zvaigžņu veidošanās bija maz gaismas,Ja neskaita ūdeņraža atomus, kas šajā laikā veidoja lielāko daļu barioniskās vielas, lielāko daļu Visuma veidoja tumšā matērija, kas neizstaro gaismu un vispār nesadarbojas ar elektromagnētiskajiem viļņiem. Pētnieki uzskata, ka neitrālie ūdeņraža atomi, kas piepildīja Visumu, izkliedēja vai absorbēja lielāko daļu ultravioleto fotonu, ko izstaro pašas pirmās zvaigznes.
Visums atkal ir kļuvis caurspīdīgs UV starojumampēc pietiekama skaita pirmo zvaigžņu un galaktiku veidošanās – vairākus simtus miljonu gadu pēc Lielā sprādziena. Matērija kondensējās un sāka veidot struktūras, kas mūsdienās caurstrāvo Visumu. Dažas no pirmajām zvaigznēm bija masīvas un spilgtas, to gaisma bija pietiekami enerģiska, lai izsist elektronus no apkārtējiem ūdeņraža atomiem procesā, kas pazīstams kā jonizācija. Un atšķirībā no neitrāliem atomiem jonizēts ūdeņradis neuzsūc un neizkliedē gaismu.
Visuma evolūcijas karte. Attēls: Roens Kellijs, Astronomija
Kāpēc mēness tālākā puse?
Lai izpētītu neitrālā ūdeņraža sadalījumu,kas veidoja lielāko daļu barioniskās vielas tumšajos viduslaikos, var izmantot neitrālas ūdeņraža radiolīnijas vai 21 cm līnijas analīzi. Šī ir hipersmalka neitrāla ūdeņraža pāreja, kas redzama uz kosmiskā mikroviļņu fona starojuma fona.
Ar spontānu magnētiskās orientācijas maiņuelektrona momentā pretējo, neitrāls ūdeņraža atoms izstaro elektromagnētiskā starojuma kvantu ar viļņa garumu 21,1 cm. Šāds starojums notiek ārkārtīgi reti, taču milzīga skaita atsevišķu atomu mērogā tas ir pietiekami spēcīgs, lai kļūtu pamanāms.
Sarkanās nobīdes rezultātāPaplašinoties Visumam, neitrālās ūdeņraža līnijas viļņa garums no tumšā laikmeta atomiem palielinās vēl vairāk. Šis ir ārkārtīgi vājš signāls, kas pazūd daudzos radio traucējumos.
Mēness un Zeme ir bloķēti paisuma laikā, tas nozīmēka dabiskais pavadonis griežas ap savu asi ar tādu pašu ātrumu kā ap planētu. Šo parādību sauc par plūdmaiņu bloķēšanu, un tāpēc Mēness vienmēr ir vērsts pret Zemi ar vienu pusi. Satelīta tālākā puse ir aizsargāta no daudziem radio traucējumu avotiem naktī ar savu masu.
Mēness tālākā puse ir pilnīgi tumša14 Zemes dienas, kam sekoja 14 dienas intensīvas saules gaismas. Tas izraisa tās virsmas temperatūras svārstības no –173 °C naktī līdz +127 °C, ar krasām izmaiņām, kas var notikt dažu stundu laikā.
Такие условия создают очень сложные условия для работы космических аппаратов. Аппараты, которые смогут пережить несколько циклов смены дня и ночи, должны отводить тепло в вакууме в течение дня и не замерзать ночью и при этом работать в темное время, когда Солнце не создает лишних помех.
Как будет работать LuSEE-Night?
LuSEE-Night — это исследовательская миссия НАСА, цель которой — посадить радиотелескоп на обратной стороне Луны и провести самые точные измерения неба на частотах ниже от 0,1 до 50 МГц. Ожидается, что он будет доставлен на Луну в 2025 году и проработает в течение 18 месяцев после приземления.
Место посадки миссии LuSEE-Night. Изображение: Brookhaven National Laboratory
Телескоп доставят в точку с координатами 23° 48′ 50″ ю.ш. и 176° 49′ 47″ в.д. Это удобная посадочная площадка, расположенная близко к антимеридиану — линии, связывающей полюса спутника и обращенной в противоположную от Земли сторону, где радиопомехи от планеты минимальны. После приземления посадочный модуль LuSEE-Night выключится навсегда, чтобы не создавать помех.
Антенный узел телескопа будет состоять из четырех 3-метровых несимметричных антенн. Она будет установлена на моторизованной платформе, называемой поворотным столом. Перемещение антенны поможет измерять различные комбинации сигналов. Собранные данные LuSEE-Night будет передавать на спутник-ретранслятор, который вращается вокруг Луны и передает данные на Землю.
LuSEE-Night — это не стандартный радиотелескоп. Это скорее радиоприемник. Он будет работать как FM-радио, принимая радиосигналы в той же полосе частот. Спектрометр находится в центре всего этого. Подобно радиотюнеру, он может выделять радиочастоты и преобразовывать сигналы в спектры электромагнитного излучения.
Анже Слосар, физик Брукхейвенской национальной лаборатории, один из разработчиков телескопа LuSEE-Night
Четыре антенны телескопа LuSEE-Night. Изображение: Brookhaven National Laboratory
Хотя исследователи не уверены, сможет ли телескоп сразу после начала работу зафиксировать радиосигнал от темных веков. Они отмечают, что он — первопроходец, который должен показать, какие данные исследователи в принципе смогут получить на обратной стороне Луны. Возможно, настоящие открытия потребуют новых миссий, но первый шаг всегда один из самых сложных.
Lasīt vairāk:
Viena planēta var pielikt punktu dzīvībai uz Zemes: kā zinātnieki ir pierādījuši Saules sistēmas trauslumu
Atrasts dārgums, kas tika paslēpts kara laikā gandrīz pirms 1000 gadiem
Dievmātes ugunsgrēks palīdz zinātniekiem atklāt katedrāles celtniecības noslēpumu
На обложке: обратная сторона Луны. Изображение: NASA, Public domain, через Викисклад