问题——宇宙为何加速膨胀,暗能量究竟是什么?这是现代宇宙学最核心的开放问题之一。自20世纪末关于Ⅰa型超新星的观测结果提示宇宙膨胀并未减速、反而加速以来,暗能量被引入宇宙学标准模型,用以解释驱动加速膨胀的“推力”。然而,暗能量无法直接探测,人类只能通过其对宇宙结构演化的整体效应进行间接测量。如何获得更高精度、更长时间基线的观测证据,成为国际科学界持续攻关的重点。 原因——要“看见”暗能量,必须找到可靠的测量标尺与合适的宇宙示踪物。重子声学振荡被视为刻宇宙大尺度结构中的规则“纹理”,其物理尺度可作为宇宙学测距的“标准尺”。宇宙从早期高温高密度状态逐步冷却过程中,物质与辐射相互作用形成的密度波在特定时期“冻结”,在宇宙分布中留下可统计的尺度特征。随着宇宙膨胀,此尺度会按比例被拉伸,通过测量其随红移的变化,就能反推出宇宙膨胀史,从而对暗能量的性质作出约束。要实现这一目标,观测必须覆盖足够广阔的天区,并在不同红移段获得稳定、连续的数据,而中性氢21厘米辐射正是天然的“示踪剂”:氢元素广泛存在于宇宙中,特定能级跃迁对应的21厘米谱线为识别不同距离尺度的物质分布提供了关键窗口。 影响——技术难点决定了需要更强的设备与更精细的算法协同突破。中性氢信号跨越亿万光年传播到达地球时极为微弱,叠加天体前景辐射与人类活动产生的无线电干扰,目标信号往往显著低于背景噪声。要在复杂电磁环境中“从噪声里捞信号”,不仅依赖射电望远镜的灵敏度、稳定性与大视场能力,也高度依赖数据处理、前景分离与系统误差控制等方法学进步。近年来对应的观测与分离算法持续迭代,使21厘米宇宙学进入快速发展阶段。BINGO建设与运行,将为该领域提供更系统的数据来源,并与其他观测手段形成互补:一上以大视场、长期巡天积累统计优势,另一方面以独立的系统误差结构增强对宇宙学结论的交叉验证能力。 对策——以国际合作与工程组织化推进关键设施落地。BINGO项目由中国、巴西以及英国、法国等国科研力量共同参与,于2021年正式启动,计划在巴西帕拉伊巴州建设直径约40米的大视场射电望远镜,开展中性氢21厘米信号观测。此次主体结构运抵巴西并转入组装调试,标志着工程由制造交付阶段转向现场系统集成与性能验证阶段。选址在亚马孙雨林区域,兼顾了科学需求与环境条件:偏远地区电磁干扰较少,雨林及周边地形对外来无线电噪声具有一定屏蔽吸收作用,可为长期稳定观测创造更“干净”的电磁背景。,相关单位参与理论设计与核心设备研制,反映了基础研究、工程研制与国际协作的贯通式推进路径,有利于在仪器性能、数据处理链路与科学目标之间实现更紧密匹配。 前景——从“装得起来”到“看得清楚”,关键在于系统调试、长期稳定运行与数据开放共享机制。BINGO进入组装调试后,下一步将面临天线结构精度、接收链路稳定性、标定体系建立、射频干扰监测与数据管线联调等若干工程与科学问题的综合检验。若望远镜达到设计指标并形成可持续观测能力,将有望在中低红移区间绘制更高质量的中性氢强度映射图,进而提升对重子声学振荡尺度的测量精度,为约束暗能量状态方程、检验宇宙学模型提供重要证据。放眼未来,随着更多射电与多波段巡天设施的协同观测成形,基于不同手段的交叉比对将更有助于降低系统误差风险,推动对宇宙加速膨胀机制的认识从“存在性证据”走向“性质刻画”。
从古代仰望星空的哲学思辨,到现代精密仪器的宇宙探测,人类对宇宙的认识在不断深化。BINGO项目的推进,正是该探索历程中的重要一步。通过国际合作、技术创新和科学执着,我们正在逐步揭开宇宙加速膨胀的秘密。这不仅将深化我们对宇宙本质的理解,也将推动基础物理学的发展,为人类认识自然、改造自然提供新的科学基础。随着BINGO望远镜的建成投用,一个观测宇宙、解读宇宙的新窗口即将开启。