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近日，中國科學院上海天文臺和國家天文臺的科研團隊在宇宙黎明時期21厘米氫信號探測領域取得重要進展，相關研究成果于2025年3月26日在線發表在澳大利亞天文學會出版物PASA。

宇宙黎明時期的21厘米信號是揭示該時期第一代天體形成奧秘的關鍵探針，然而由于來自銀河系和河外星系的強烈射電信號影響，探測21厘米信號就像是在背光嚴重的情況下照相。要探測到微弱的21厘米信號，需要在電磁環境極其優良的環境開展探測實驗。然而無論是地球還是太陽，都會給探測實驗帶來極大干擾。

鴻蒙計劃創新性地提出利用月球背面的獨特環境進行宇宙黎明時期21厘米氫信號的探測。該計劃采用“1+9”衛星編隊方案，由1顆領隊衛星和9顆子衛星組成太空觀測陣列。其中，高頻子星搭載新型“雪糕筒天線”，專門負責30-120MHz頻段的信號捕捉。

如上圖所示，是“雪糕筒天線”在月球軌道可能看到的全天的射電天空模型，四張圖分別對應月球在四個不同的相對位置，其中較暗的區域是月球。可見月球不僅會遮擋電磁波，同時也會進行反射，像一面反光板，將來自天空的電磁波反射到在月球軌道運行的天線上。

月球背面具有三大觀測優勢：直徑約3476公里的月球本體可完美屏蔽地球無線電噪音；月夜期間可有效屏蔽太陽低頻輻射；無大氣層和電離層的干擾，確保信號探測的穩定性。但是月球背面的環境和地球上有很大的不同，月球的輻射和可能的射頻干擾，就像是攝影棚里額外的反光板和擋在鏡頭前的雜物，都使得探測加倍困難，需要深入的理論研究。

論文第一作者，上海天文臺博士生劉天陽說：“雖然月球背面的電磁環境幾乎是整個太陽系最好的，但是以前的實驗都是在地面做的，在月球軌道會遇到些什么新的問題，未知數很多，我們必須未雨綢繆。”

在該研究中，上海天文臺和國家天文臺組成的合作研究團隊仔細考察了在月球軌道上探測宇宙黎明時期信號的主要干擾。這些干擾包括了月球反射和熱輻射，強射頻干擾，弱射頻干擾等。研究團隊拓展了VZOP（可變零階項多項式）算法在月球軌道的應用，該算法具有精準建模、動態修容和智能去噪三大特點，可有效去除前景輻射干擾，實現信號的高保真還原。研究團隊預計，通過103天（繞月1080圈）的持續觀測，即可將熱噪聲降到遠低于21厘米信號的水平。

論文通訊作者，上海天文臺張佳駿副研究員表示：“可以說，地面試驗對于探測宇宙黎明時期的21厘米信號的爭議將會在鴻蒙計劃的觀測之后得到終結。在太陽系最優良的觀測環境中，在月球軌道的衛星將明確告訴我們，宇宙黎明的真容究竟如何。”

該研究得到了科技部，國家自然科學基金委員會和中國科學院等項目的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1017/pasa.2025.17

科學聯系人：張佳駿 jjzhang@shao.ac.cn