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上一篇提到，鸿蒙计划面向的是宇宙早期中性氢留下的低频信号，21厘米谱线。
1.为什么是21厘米？
21厘米谱线来自中性氢基态的超精细跃迁，对应频率大约是1420MHz。宇宙早期，普通物质里中性氢占很大比重，这条谱线因此成了研究那段时期的重要线索。
我们知道宇宙在膨胀。天体发出的电磁波在传播过程中，波长会被拉长，频率会降低。这个关系可以写成一个很简单的式子，即观测频率等于发射频率除以 (1+z)，其中z是红移。
频率越低，说明信号来自越早的时期。
如果今天观测到的是120MHz，所对应的是较晚一些的宇宙阶段；那么频率降到50MHz，看到的时间更早；再往下走，接近的是所谓“黑暗时代”后段和“宇宙黎明”前后的区间。公开论文里给出的30到120 MHz，大致覆盖z在11到27之间的范围。
这条谱线之所以被反复研究，不只是因为它能给宇宙“定年代”。它还带着当时介质状态的信息。
中性氢周围的辐射背景、气体温度、自旋温度，都会影响最后测到的谱形。最后看到的是吸收还是发射、谷有多深、位置在哪里，都和那时的物理过程有关。
这也是21厘米观测和普通天文拍照差别很大的地方。后者很多时候是在看天体有多亮、形状怎样。前者处理的是一条很浅的谱线起伏，要从极强的背景中把它扣出来。
2. 为什么不能在地球上？
这件事在地球上做很艰难。
先是电离层。低频无线电穿过电离层时，会发生反射、折射、吸收和闪烁。频率越低，影响越明显。
对于依赖谱线形状的测量，这些效应很难彻底校正。观测者面对的是一个会变化的传播环境。
第二是来自地面的人造射频污染。广播、短波通信、导航、雷达、各种电子设备泄漏，都会进入接收链路。偏远地区当然比城市好，但对这类任务来说，仅仅远离城市还不够。监测背景太亮而且干扰源太多，很多干扰还会随着时间变化。
此外，太阳也是一个变量。低频段里，太阳活动会显著影响观测。研究人员在设计月球轨道任务时，通常会专门挑选月球同时遮挡地球和太阳的窗口。公开研究对这一条件做过估算，认为在一定时长的有效洁净窗口下，可以对全球21厘米谱进行提取和拟合。
所以选择月球背面的作用主要就在这里。它把地球挡在另一侧，让人造射频污染大幅减弱。对太阳的影响，也能借助轨道位置和观测窗口来部分回避。剩下来的背景虽然还是比较复杂，但至少进入了可建模和处理的范围。
3. 问题解决了吗？
到这一步，问题还没有结束。
外部环境安静下来以后，天线本身、月球表面、卫星平台、接收链路里的误差项都会变得显眼。月球会反射射电背景，也有本征热辐射；天线波束会随频率变化；系统增益会发生漂移；姿态也会影响测量结果。这些影响在地面观测里就已经很棘手，现在放到月球轨道编队里，问题就更多了。
所以“用什么看”、“怎么看”、“怎么证明自己没看错”都是需要解决的问题。
下一篇我们讲这些具体问题。为什么鸿蒙计划要做成“1主9从”，高频子星和低频子星分别承担什么任务，它和美国的 DAPPER、LuSEE、FARSIDE 这些项目放在一起，区别在哪里。
