氢原子|通过这个21厘米谱线，或许我们可以重现宇宙的演化过程( 四 )
中国和美国都不约而同地去发展了这个在月球的背地点或者是绕月轨道的背地点 ， 去做21厘米观测的这么一个实验的计划 。
中国这个计划叫做超长波天文观测阵列 ， 中国科学院国家天文台陈学雷研究员领导的这么一个团队 ， 并且还有中国科学院空间科学中心 ， 它的很多技术人员做支持的 。
这么一个大的实验计划 ， 即使我们能够逃离出地球有一个东西仍然是逃离不了 ， 就是银河系 。
很多科普说我们逃出银河系到其他星系去很难 ， 那么银河系它的影响是逃避不了的 。
来自银河系中心 ， 会有一个很强的同步辐射还有韧致辐射 。 它的强度大概是在几千mK到一万mK左右 。
银河系之外有很多射电星系和射电星系团它也会在这个波段造成影响 ， 它的强度大概在800到1000mK的样子 。
来自于更远的宇宙再电离时代21厘米信号也就是我们想看到的信号仅仅只有几mK。
因此你可以想象我们想看到这个来自宇宙再电离时代的21厘米信号需要克服大概3到5个数量级更强的一些 ， 我们叫它前景污染 。
那么这个探测难度 ， 又好像安徒生童话里面那个豌豆公主 。
她睡在十层天鹅绒的被子上和褥子上还能够被它底下放的一颗豌豆给硌疼了 。
当然这个童话是想讽刺那个公主太娇气了 ， 但是我们的21厘米观测其实就是要这么娇气的 。
这么灵敏的观测手段、观测仪器还有数据分析办法 ， 这样才能我们通过3到5个数级 ， 那么强的前景污染 。
才能够看到在它底下放的那一颗豌豆大小的信号 ， 21厘米信号 。 所以它的观测也是非常难的 。
但是我们要有信心 ， 这是全球所有科学家面临的挑战 ， 我们未来是能够解决这个问题的 。 那么21厘米观测呢？
它的观测办法一般分为两种 ， 一种是用单天线就用很简单的单天线去探测21厘米信号 ， 它的好处是非常小 ， 非常便于移动 。
它的坏处就是一个是它的分辨率很低 ， 不知道这个光是从哪里来的 。 所以只能看到这个全天平均的这个21厘米信号 。
随着频率变化的这个曲线 ， 另外一种呢 ， 就是如果我想提高它的分辨率 ， 那我就得增加这个天线的大小 。
但这个天线大小是不太容易增加 ， 它是有极限的 。
所以人们想到的办法就是把两个天线之间两两做干涉 ， 那么这样就形成这种射电干涉阵列 ， 通过这种很大型的射电干涉阵列 ， 我们能够提高分辨率 。
但是它的缺点是它的灵敏度降低了 。
所以这种第一代的射电干涉阵列呢 ， 它原则上它的灵敏度只能测量这些信号的统计起伏 。 就是它的在统计上它的大小 。
这段时间呢 ， 这些实验包括我们中国的21CMA是放在中国新疆 ， 是由中国科学院国家天文台的武向平院士领导的 。
和其他实验一样很不幸第一代观测实验 ， 它的灵敏度都不够高 。 所以还没有看到来自宇宙再电离时代的21厘米信号的统计起伏 。
所以怎么办？那就造更大的望远镜 。 这样子的话就需要国际合作 。
未来的第二代射电干涉阵列计划有两个 ， 一个是中国参与的由14个国家一起合作的一个叫做平方公里阵列望远镜SKA ， 这个耗资也是极其巨大的 ， 大概有157亿欧元的样子 。
另外一个实验是美国主导的一个实验 ， 叫做HERA（英文） ， 原则上这两个实验它的灵敏度都能够在未来5到10年后 ， 看到来自宇宙再电离时代的21厘米信号 ， 它的统计起伏 。
同时 ， SKA就是中国参与的这个实验 ， 它的灵敏度更高 ， 它能够看到来自再电离时代的图像信息 ， 那么这个图就总结了一下 。
我们21厘米它信号原则上有平均信号 ， 有统计起伏信号还有图像信号 。
这些信号 ， 它各自有各自的特征 ， 那么放在一起我们就能够对宇宙从第一代星系的形成进入到宇宙的黎明 ， 再到宇宙开始加热 ， 再到最后开始电离整个过程 ， 有一个非常清晰的图像 。
我们能直接看到而不是猜测宇宙演化的整个历史 ， 下面我想做一个展望就是虽然我们还没有看到来自宇宙黎明和再电离时代的21厘米信号 。
但是这将是未来5年、10年甚至20年宇宙学发展的一个最重要的一个前沿 。
这就好像上世纪七十年代到九十年代 ， 宇宙微波背景辐射的发展极大地推动了宇宙学的发展 ， 从中诞生了两次诺贝尔奖一样 。
那么在未来 ， 对宇宙黎明和再电离探测的21厘米观测也将能极大地推动宇宙学的发展 ， 并且我们也有理由相信 ， 能够产生更多的诺贝尔级的成果 。
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