在群星之間聆聽宇宙暗語（科技瞭望）

張 運 虞 璐

建成后的BINGO主體部分(概念圖)。 資料照片

宇宙浩瀚，星河璀璨?，F代宇宙學理論認為，宇宙正在加速膨脹，而撐開其廣碩“骨架”的巨大張力被稱為暗能量。因此，探測暗能量，揭開其神秘面紗，將成為解密宇宙過去與未來的關鍵。

茂密的亞馬孫雨林深處，一只巨大的眼睛正惺忪地睜開眼眸。這是由中國、巴西等國緊鑼密鼓建設的“捕捉宇宙中重子聲學振蕩信號射電望遠鏡”(BINGO)。2025年9月，隨著BINGO主體結構由中國順利運抵巴西，設備正式進入組裝調試階段。作為觀測宇宙中性氫氣體的大型單口徑射電天文望遠鏡，BINGO建成后將通過研究氫的譜線，分析宇宙的結構與演化，對國際空間研究具有重要作用和意義。

尋找讀懂暗能量的“標準尺”

相較于138億年的宇宙演化史，人類對暗能量的認知尚不足30年。

早在20世紀20年代，天文學家通過紅移現象(光波在宇宙膨脹過程中被拉長的現象，紅移越大，看到的就是越早期宇宙發出的光)，首次發現了宇宙膨脹的秘密。但很長一段時間里，主流觀點都認為引力將逐漸減緩，甚至把所有物質再拉回來。直到1998年，人們對Ⅰa型超新星的觀測發現宇宙的膨脹不僅沒有減速，反而還在加速，這徹底顛覆了傳統的宇宙學理論。

由此，科學家系統構建出新的宇宙學標準模型，其中一個重要突破就是引入暗能量概念。

“可以將暗能量想象成內置于空間中的排斥力。”揚州大學引力與宇宙學研究中心負責人王斌說。該中心承擔BINGO項目的部分理論設計，還與中國電科網絡通信研究院聯合完成了核心設備的建造工作。

暗能量看不見、摸不著，人們只能通過它對宇宙整體膨脹產生的巨大力學效應間接證實其存在。其中，重子聲學振蕩(BAO)技術便是最重要的方法之一。

BAO是宇宙大尺度結構上的規則圖案。宇宙誕生初期，重子與光子構成熾熱的“等離子湯”，在引力和輻射壓的拉扯中形成向外傳播的密度波。直到宇宙冷卻，這些波被瞬間“凍結”，在宇宙中留下的漣漪印記像一把凝固的“標準尺”。宇宙膨脹會引起BAO物理尺度等比例拉伸。通過測量BAO尺度變化就能推算出宇宙膨脹情況，進而探究暗能量的性質。

那么，如何在浩渺的宇宙時空中讀準這把“標準尺”呢？

這就不得不提到一種宇宙中廣泛分布的“示蹤劑”——中性氫。

“氫元素是構成宇宙間各種物質最主要、最普遍的基礎原料?！蓖醣蠼榻B，氫原子在特定能級間躍遷時，會發射或吸收一個波長為21厘米的光子(射電波)，這是屬于中性氫的專屬“身份證”，也是識別宇宙大尺度物質分布的關鍵證據。

利用射電望遠鏡接收不同紅移下21厘米輻射強度，能勾勒出跨越大量宇宙年代的中性氫地圖，進而了解不同時期BAO尺度變化情況。

利用中性氫信號觀測宇宙

雖然中性氫信號是研究宇宙結構和演化的有力工具。但其跨越無數光年，到達地球時已嚴重衰減，再加上各種星系及人工信號干擾，其強度比背景噪音低4到5個量級。

“利用中性氫信號觀測宇宙，就像在人聲鼎沸的體育場里，聽清一根針掉在地上，并且還要精確測量這根針的位置?！睋P州大學引力與宇宙學研究中心教授吳健聘介紹，近年來得益于觀測設備、分離算法等技術進步，21厘米宇宙學迎來了巨大進步，相關研究正處在集中爆發的前夜。

2021年，由中國、巴西、英國、法國等國聯合開展的BINGO項目正式啟動。項目計劃由中巴共同出資，在巴西帕拉伊巴州建設一臺直徑40米的大視場射電望遠鏡，并觀測宇宙中性氫信號。

“杳無人煙的亞馬孫雨林擁有全球極佳的電磁環境?！表椖渴紫茖W家之一、巴西圣保羅大學教授埃爾西·阿卜杜拉介紹，茂密的雨林和周圍山脈形成了天然屏障，還能夠阻擋和吸收來自遠方的無線電噪音，為BINGO提供了良好的觀測環境。

中方由上海交通大學、揚州大學、中國科學技術大學、中國科學院上海天文臺、中國電科網絡通信研究院等多家單位組成交叉學科團隊，深度參與BINGO項目設計與研究。

“BINGO項目中國團隊側重于通過測量和分析功率譜信號中的重子聲學振蕩信息，優化宇宙學距離的計算方法并精確確定宇宙膨脹率，揭示暗能量和暗物質屬性、檢驗修改引力并測量中微子質量?！蓖醣笳f，在前期設計階段，中國團隊承擔了BINGO理論模板、強前景干擾扣除算法以及望遠鏡基礎設備設計與建造等核心任務。

全球近百名科研人員持續攻關

2025年6月9日，BINGO主體結構由中國啟運，漂洋過海奔赴巴西。

“為建造這個大型天文設備，全球近百名科學家和工程師已連續開展了4年合作攻關。”來自巴西的拉麗莎教授加盟揚州大學引力與宇宙學研究中心超三年，她與中方團隊通力合作，完成了前景扣除等關鍵環節的設計和優化。其中，拉麗莎參與開發的一種GNILC信號分離算法，能夠有效去除前景和噪聲，降低銀河系等輻射源干擾。

“這樣的信號波動非常微弱，類似于從震耳欲聾的交響樂中提取出0.6分貝聲響?！眳墙∑刚f。

針對暗能量探測，科研團隊對光學系統、設備結構和干涉系統等進行了系統重構。最終，BINGO工作頻率設計為980兆赫到1260兆赫，將從空間和時間維度同時測繪宇宙三維地圖，專注觀測分析宇宙年齡9億年至今的BAO尺度變化，深入探究暗能量的物理本質。

鋼結構“漂洋過?！边\抵大洋彼岸后，需要由巴西方面進行組裝。據了解，BINGO主副反射體均由4000余根鋼管和近千個螺栓球組成。該儀器還能適應雨林的濕熱環境。

為了完成精密制造的極限挑戰，中國電科網絡通信研究院高級工程師張子乾帶領團隊連續開展了60天集體攻關，嘗試了37種方案，將數萬張圖紙優化成千余張，最終實現了力學、數學與美學的完美融合。

“中國制造給冷硬的鋼鐵帶來了更多驚喜。”啟運儀式上，巴西國家空間研究院院長卡洛斯·莫拉稱贊。

如今，巴西帕拉伊巴州烏魯布山脈上的BINGO主體設備靜靜矗立，基地建設已進入攻堅階段。這只環視宇宙的大眼睛預計將于今年啟用，數據中心建設在萬里之外的揚州大學，首批數據將面向全球150余所科研機構開放共享。

拓寬BINGO應用范圍

快速射電暴是一種來自宇宙深處、持續時間極短但能量巨大的射電波爆發，是近年來天文學的前沿研究領域之一。

2025年9月，BINGO團隊在國際天文學權威期刊《天體物理學雜志通訊》發表了一篇文章，利用BINGO模型數據分析了快速射電暴對宇宙學模型的約束。

“這項研究讓我們對BINGO項目信心倍增。”團隊成員桑語說，成果有力證明了BINGO能夠有效兼容快速射電暴觀測，進一步拓寬了BINGO的應用范圍。

事實上，這只是BINGO小試牛刀。BINGO專注于暗能量研究，視場大、巡天速度快，能夠與其他射電望遠鏡形成有效互補。國際上主流的射電望遠鏡前景扣除算法主要側重于300兆赫以內的低頻波段，BINGO則側重關注中高頻波段信號，這意味著其是全球為數不多的專注于探測晚期宇宙的射電望遠鏡。

得益于BINGO靈敏的探測能力，未來還將給其加裝一臺相應波段的射電發射器，讓BINGO能夠在1000公里軌道識別直徑小于0.5米的隕石或太空垃圾。

據了解，BINGO團隊先后與FAST、“天籟”等項目簽訂戰略合作協議。未來將推進數據共享、科研合作與人才培養，進一步提升中國的宇宙學研究地位。