编者按："浩瀚的空天还有许多未知的奥秘有待探索"，为此，中科院之声与中国科学院国家空间科学中心联合开设“Calling太空”科普专栏，为大家讲述有趣的故事，介绍一些与空间科学和航天相关的知识。
人类对宇宙的观测，从肉眼观测发展到光学望远镜，再到射电和卫星上的各种探测器，已经对绝大部分电磁波段进行了覆盖。然而，即便脱离了大气层，因受到两个方面的限制，还有一个电磁波谱段仍然无法为我们所利用，使得人类还没有实现全谱段的天文观测。这个谱段的宇宙信息，对人类而言仍然是神秘的。这个谱段就是兆赫兹和更低频率的超长波无线电谱段。两个主要限制是：一、即使在太空中观测，无线电信号不再被电离层遮挡，地球大气中的闪电以及人类主动发射的各种电磁波的能量仍然要大大高于来自太空的信号，影响我们的观测；二、由于这个频段的波长很长（十米到千米），要想做高分辨率的成像很难，望远镜口径需要比波长大得多。因此至今没有任何探测器能够实现高分辨的超长波射电天文成像观测。
那么，为什么我们非要在全电磁波的谱段来观测宇宙呢？在这个超长波无线电波段观测宇宙的科学意义是什么呢？这要从宇宙的起源说起。宇宙起源于一次大爆炸，大爆炸之后出现了最基本的粒子以及最简单的物质，即质子和电子。随着宇宙温度降低，质子和电子复合，出现了元素周期表中第一个元素，即中性氢原子。在大爆炸之后约三十万年到一亿年之间，宇宙充满了中性的氢原子和少量的氦原子，还没有形成恒星，也就没有核聚变辐射出光子。这段时间的宇宙是充满了最基本元素氢原子的宇宙，没有光子的辐射，在光波波段是一片漆黑的，因此被称为宇宙的黑暗时期，或宇宙的黑暗时代（Dark Age）。中国古人认为天地开辟之前是一团混沌的元气，这种自然的元气叫做鸿蒙，这一段时期叫鸿蒙初辟。从一个奇点的大爆炸到第一代恒星的出现之间，在宇宙的黑暗时代到底发生了什么？我们一直不得而知。人类的各种观测设备已经利用不同的电磁波段探测了从大爆炸到现代宇宙的几乎所有时期的信息，最近韦伯望远镜刚刚发现了大爆炸之后约3亿年形成的恒星。但韦伯望远镜也不具备观测宇宙黑暗时代的能力。所以，宇宙的黑暗时代也被称为是宇宙演化历史中，最难探测的时期。超长波无线电探测，被认为是最后一个有待开辟的电磁窗口。
要想了解黑暗时代的宇宙，并不是不可能。1944年荷兰天文学家范德·胡斯特（Vande Hulst, Hendrik Christoffell）在意外中发现了中性氢的一个特殊现象。当他测量一段充满了中性氢的截止波导的输出信号时，无意中发现不时有1.4GHz（波长21厘米）的脉冲输出。之后，理论物理学家证明，这个脉冲是电子在围绕氢原子核旋转的过程中，电子的旋转方向偶尔会从一个方向突变到另一个方向。一旦发生电子旋转方向的突变，就会有一个1.4GHz的微波脉冲辐射出来。这种现象被称为是中性氢原子的21厘米辐射。
氢原子是宇宙中物质构成的最基本元素，即使是到现在，在太阳系、银河系星际之间都普遍存在，因此21厘米的辐射也是宇宙中普遍存在的一种背景辐射。但是考虑到宇宙是在加速膨胀的，早期宇宙中氢原子的21厘米辐射加速远离我们，其频率会降低（也就是多普勒效应，或所谓的红移效应），那么大爆炸之后黑暗时代的中性氢的辐射，到达我们太阳系的时候，其频率就已经降低到了超长波无线电谱段。这就为我们探测宇宙黑暗时期，提供了机会。当然，在这个兆赫兹谱段，除了存在黑暗时期的微弱背景辐射，还有很多很强的辐射源，如来自太阳爆发的射电辐射、木星大气中的射电辐射、银河系和其他星系的其他辐射机制产生的前景射电辐射，特别是我们的地球还有各种自然和人为的辐射。因此，要想获得一个比较宁静的，兆赫兹谱段的观测环境，我们把目光转向了月球。
月球是一个已经没有地质活动和大气的天体。它巨大的体积，可以很好遮挡住我们并不希望看到的、特别是来自地球的很强的辐射信号。因此，将低频射电探测器放置在月球的背面，就可以很好地屏蔽来自地球，以及部分时间可以阻挡来自其他天体包括木星、太阳和银河系中心的射电辐射。那我们是把探测器着陆在月球背面好呢？还是让它围绕月球轨道飞行，并在其飞到月球背面时再开展探测呢？
