Koffergroßer Satellit soll die „Dunklen Zeitalter“ des Universums von der Mondrückseite aus belauschen

Das wissenschaftliche Ziel: Die 21-cm-Linie aus den Dunklen Zeitaltern

Das primäre Ziel von CosmoCube ist der Nachweis der rotverschobenen 21-cm-Spektrallinie des neutralen Wasserstoffs aus den kosmischen Dunklen Zeitaltern (Rotverschiebung z ≈ 13–150) . Diese Epoche zwischen dem Nachglühen des Urknalls und der Entstehung der ersten Sterne und Galaxien ist derzeit mit keinen anderen Mitteln direkt beobachtbar . Das Signal ist außerordentlich schwach und von der Erde aus nicht zugänglich, da die Ionosphäre niederfrequente Radiowellen abschirmt . Die Rückseite des Mondes bietet dafür eine einzigartig „ruhige“ Umgebung .

Die Raumsonde: Klein, britisch und effizient

CosmoCube wird als etwa so groß wie ein kleiner Koffer beschrieben . Die Firma Surrey Satellite Technology Limited (SSTL) aus Großbritannien ist der Hauptauftragnehmer für eine dreimonatige Phase-0-Studie, die von der britischen Raumfahrtbehörde (UK Space Agency) finanziert wird und die Missionskonzeption und Machbarkeit prüft . Der Satellit baut auf der britischen Expertise im Bau kleiner, kostengünstiger Satelliten auf .

Der Mond als Schutzschild: Umlaufbahn und Beobachtungsstrategie

Der Satellit soll in einer niedrigen Mondumlaufbahn (LLO) operieren und nur dann Daten sammeln, wenn er hinter der von der Erde abgewandten Seite des Mondes vorbeifliegt . Diese Position blockiert effektiv die gesamte elektromagnetische Strahlung von der Erde – FM-Radio, Satellitenkommunikation und andere vom Menschen verursachte Störungen . Während jedes etwa zweistündigen Orbits stehen rund 40 Minuten für diese abgeschirmten Beobachtungen zur Verfügung . Das beobachtete Frequenzband wird in wissenschaftlichen Arbeiten mit 10–100 MHz angegeben, wobei sich das primäre wissenschaftliche Interesse auf den unteren Bereich konzentriert .

Missionsdauer und Datensammlung

Während der geplanten zweijährigen Mission sollen etwa 1.000 Stunden integrierte Niederfrequenz-Radiodaten gesammelt werden . Durch die schrittweise Anhäufung von Beobachtungszeit, Orbit für Orbit, sollen die extrem schwachen Signale aus den Dunklen Zeitaltern aus dem viel helleren astrophysikalischen Vordergrund (wie der galaktischen Synchrotronstrahlung) herausgefiltert werden .

Kosten, Zeitplan und der ESA-Rahmen

CosmoCube ist so konzipiert, dass es in die explorative ESA-Ausschreibung „mini-Fast“ passt. Diese hat eine geschätzte ESA-Kostenobergrenze von unter 50 Millionen Euro und einen Zielfahrplan von weniger als fünf Jahren von der Auswahl bis zum Start . Das nominelle Startfenster liegt innerhalb von vier bis fünf Jahren nach der Auswahl . Dieser schnelle, kostengünstige Ansatz soll bahnbrechende Wissenschaft mit einem bescheidenen Budget ermöglichen .

Der Wettlauf um die Mondrückseite

Das CosmoCube-Team ist nicht das einzige, das die Mondrückseite für die Erforschung der Dunklen Zeitalter nutzen will. Der derzeit vielversprechendste Konkurrent ist der LuSEE-Night-Pfadfinder (Lunar Surface Electromagnetics Experiment – Night), eine Zusammenarbeit zwischen der NASA und dem US-Energieministerium. LuSEE-Night soll bereits 2025/2026 auf der Mondrückseite landen und erste Messungen des 21-cm-Signals von der Oberfläche aus versuchen . Größere Konzepte wie die FARSIDE- und FarView-Arrays befinden sich ebenfalls in der Anfangsphase der Planung, wären aber wesentlich größer und komplexer . Auch Indien und andere Nationen haben wissenschaftliche Pläne für die Mondrückseite angekündigt, wobei in den vorliegenden Quellen keine konkreten Missionsnamen genannt werden . Das CosmoCube-Team hat betont, dass der wissenschaftliche Prestigegewinn für den ersten Nachweis des Signals aus den Dunklen Zeitaltern enorm ist, was den Druck erhöht, schnell vom Konzept zum Flug zu kommen .

Aktueller Stand und wichtige Hinweise

Die verfügbaren Informationen zu CosmoCube stammen hauptsächlich aus Nachrichtenartikeln (The Guardian, PopSci, phys.org) sowie aus einem Magazin des Cavendish Laboratory in Cambridge und wissenschaftlichen Arbeiten zum Spektrometerdesign . Offizielle Vor-Phase-A-Dokumente der ESA oder der Universität Cambridge liegen derzeit nicht öffentlich vor. Der Name der Satellitenplattform („SSTL-21“) und Details zum genauen Frequenzband werden in einigen Nachrichtenquellen genannt, sind aber in den akademischen Papieren nicht bestätigt. Die Konkurrenzsituation über LuSEE-Night hinaus wird nur in allgemeinen Worten beschrieben.

Warum das Ganze wichtig ist

Der Nachweis des 21-cm-Signals aus den kosmischen Dunklen Zeitaltern wäre eine Meilensteinleistung der Kosmologie. Er würde es Wissenschaftlern ermöglichen, direkt in eine bisher unzugängliche Ära der Universumsgeschichte zu blicken und Modelle der frühen Strukturentstehung und der Eigenschaften der Dunklen Materie zu testen . CosmoCube könnte beweisen, dass ein kleiner, relativ preiswerter Satellit in der Mondumlaufbahn diese Messung durchführen kann. Damit würde es ein neues Fenster zum frühen Kosmos öffnen und einen Standard für die zukünftige Radioastronomie im All setzen .