在宇宙学领域，科学论文通常会很好地涵盖有趣的问题。揭示宇宙加速膨胀之源暗能量的秘密，是现代科学最大的谜团之一。暗物质是可以解释宇宙中许多可观察到的奇特现象的粒子，尚未提供给寻找其存在直接证据的科学家。黑洞物理学因其时空曲率的悖论和最近的轰动效应而引起人们的关注，星际星际随时准备引起令人惊叹的惊叹。

所有这些研究领域都是宇宙学界积极发展的，不仅吸引了与科学家无关的人们的注意力的概念。但是，如果您访问一所从事宇宙学家工作的大学或一次宇宙论会议，您将听到有关我们科学其他有趣领域的报告，这些科学领域的知识从膨胀理论到引力波探测等领域不断扩展。在非小说中，与“三巨头”相比，对它们的关注相对较少：暗物质，暗能量和黑洞物理学。我想描述两个属于宇宙学的领域，并应引起同样的关注：了解超高能宇宙射线的性质，并标记黑暗时代的宇宙。

超高能宇宙射线

地球大气不断受到来自太空各个方向的粒子的轰炸。这些粒子不像陨石或空间碎片，而是原子的单独粒子或原子核。但除此之外，由于我们不直接测量宇宙射线，因此对它们一无所知。当射线进入大气层时，它将与粒子碰撞。这会导致次级粒子的链式反应，该反应会落在相当大的表面积上-所谓的广泛的降雨[空气淋浴]。我们在2590平方公里的面积内建造了一个这样的淋浴探测器。 -这是一个天文台。Pierre Auger在阿根廷门多萨市。探测器的能力能够探测到落入其中的粒子，并重新生成产生特定事件的宇宙射线的入射方向和能量。

俄歇天文台观测到的宇宙射线能量可以相差十个数量级。最高能量的射线称为超高能宇宙射线（UHECR），每个粒子携带1 J能量。您花了这么多的能量从桌上拿起一杯咖啡并a一口，而所有这些能量都包含在一个粒子中。

又如：大型强子对撞机，规模最大，功能最强大的建成，用10的顺序操作能量^-6 J.观察UHECR能量万次以上..

观察到的宇宙射线源（黑色圆圈）。红点-活跃的银河核位置，被视为UHECR的来源。

低能射线比高能射线多很多倍- 平均每平方公里每年出现10 ⁶条平均能量射线和大约1 UHECR射线。这就是为什么很难确定UHECR的确切方向的原因之一-它们太少了。也很难说它将这些射线加速到这样的能量。到目前为止，我们正在考虑超新星爆炸，中子星的缔合，黑洞对物质的加速，伽马射线爆发以及其他更奇特的解释。没有任何解释被确认。

辐射长度为21厘米

在宇宙微波背景辐射出现之后，宇宙已经进入了黑暗的世纪。在此期间，其中没有明亮的发光物质。没有恒星，星系，超新星，脉冲星，类星体-不会发出可见光，紫外线或X射线辐射的任何东西。简而言之，没有什么东西可以透过望远镜看的。

但是以中性轻元素形式存在的普通物质-主要是氢-发生了碰撞和积累。一些团块变成了恒星和星系，其他的团块则仍然以散乱的气体形式存在。目前，构建普通物质分布图并收集有益于我们宇宙发展模型的观测结果的最佳方法是观察所有发光的事物。但是，如何收集有关黑暗时代的信息？当物质尚未聚集到发光物体中时，它仍然没有被探索并且到目前为止是无法到达的。

在黑暗时代，某些区域的物质密度（蓝色）增加（黑色），但没有恒星点亮

研究黑暗年龄的一种有前途的方法是测量中性氢的21 cm跃迁。氢由一个质子和一个电子组成，并且都具有自旋。它们自旋的相互取向（无论它们朝一个方向看还是朝相反方向看）决定了原子的能量状态。单向自旋比多向自旋产生更高的能量状态。物体趋向于最低的能量，因此具有单向自旋的氢原子可以自发地切换到自旋为多向的状态。由于该能级较低且必须守恒的能量，因此在此过程中会发出光子。在此过程中发出的确切能量数量是已知的，它对应于21.1 cm（频率1420.40575 MHz）的光子波长。（中性氢无线电线路）。

我们对21厘米辐射的亮度的期望取决于中性氢云周围发生的情况，这使该辐射成为不同物理领域的惊人探测器。例如，如果一颗新星开始发光，我们将在辐射光谱中测量与该星“开启”时间相对应的某些指标。现在，我们对恒星形成的最初时刻的数据很少，该数据开始出现在大爆炸之后的4亿年左右，甚至可能更早。此外，对这种现象的观察可以帮助回答宇宙学的一个问题：为什么我们的宇宙如此电离，也就是说，为什么观察到的气体云中有那么多带正电的原子而不是中性原子？ KMFI的形成表明因为中性原子很早就出现在宇宙中，所以必须给中性气体充电。它是什么，它在何时何地开始，我们还不知道。

太好了！让我们测量所有21厘米的光波，每个人都会感到高兴！但这不是那么简单。我们知道特定光子的发射时间，尤其是通过其红移。随着空间的扩展，在其中飞行的光子的长度会增加。因此，130亿年前发射的21厘米光子的波长将比10亿年前发射的波长更长，因为第一个光子见证了宇宙膨胀120亿年。但是我们确切地知道如何计算发射光子的偏移长度，因此我们知道它来自哪个时代。

观察21厘米的无线电线时，科学家试图绕过两个主要障碍。对于在黑暗时代发出的光子，红移导致波扩展到1米。由于波长与频率成反比，因此可以计算出它们的频率在1 GHz左右。您在上班途中收听的FM广播电台就是以此频率发出的。人类产生的无线电信号会冲走所有的宇宙无线电信号，因此21厘米的天文台应该在无线电无声的地方或在太空中工作[ 出于某些原因，尽管实际上，米的频率实际上将在300 MHz左右，并且无线电将以一定频率工作大约100 MHz-大约]。这样的天文台最好的地方之一就是月球的背面-同步旋转将其隐藏在地球之外，并为广播提供不断的保护。

但是在地球上，一切都更加复杂。如果您通过望远镜观察可见光，那么为了使自己与困扰您的光隔离，您需要进入阴影中。要搜索黑暗的地方，您可以使用地球的曲率-即，远离大城市，使其在地平线上不可见，您将被大地所覆盖。但是在这样的射频下，这个数字不起作用。大气的上部完美地反射了这些无线电波，因此即使将其源隐藏在地平线之外也无济于事。SCI-HI是一项用于测量21厘米黑暗时代强度的实验，目前正在墨西哥瓜达卢佩岛上最无无线电的位置之一测试探测器设计。

即使不考虑诸如暗物质，暗能量和黑洞之类的流行科学领域，宇宙学也是一个活跃而诱人的研究领域。本文所述的两个主题仅提出了宇宙学家正在寻找答案的深层问题。由于通常以生动的结果或结论来修饰对科学新闻的描述，因此有时似乎我们几乎已经找到了有关宇宙演化的最后一个主要问题的答案。但是我们只是站在悬崖上，看着宇宙学新边界的峡谷，我们刚刚开始研究它们，等待我们的眼睛适应它们。

宇宙极限中的物理学

超高能宇宙射线

辐射长度为21厘米

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