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title: "从21厘米氢线听见第一批恒星"
description: "从早期氢在21厘米的明暗讲起，学会射电阵列怎样避开明亮前景，再读懂HERA给出的上限。"
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language: "zh-CN"
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  en: "https://sandboxphysics.com/stories/cosmic-dawn-21cm/"
last_modified: "2026-11-14"
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# 从21厘米氢线听见第一批恒星

Sandbox Physics · 2026-11-12

早期宇宙的氢在21厘米留下了微弱的射电信号。先弄清它为什么会发亮或变暗，再跟着一条射电基线，把它从亮上万倍的天空里分出来，最后亲手重建并读懂HERA发表的上限。

1. L1 · 概念

   ## [在明亮的射电天空下寻找早期宇宙的氢](https://sandboxphysics.com/zh/stories/cosmic-dawn-21cm/finding-hydrogen-under-radio-foregrounds/)

   银河系的射电辐射比早期宇宙的氢亮约一万倍，但它随频率变化很平滑。HERA正是利用这个差别。

2. L1 · 推导与例题

   ## [早期的氢为什么会在21厘米发亮或变暗](https://sandboxphysics.com/zh/stories/cosmic-dawn-21cm/spin-temperature-and-21cm-brightness/)

   从自旋温度、微波背景和光深推出21厘米亮温，再看第一缕星光和X射线加热怎样决定它的正负。

3. L2 · 推导与例题

   ## [一条基线怎样把平滑的前景和氢分开](https://sandboxphysics.com/zh/stories/cosmic-dawn-21cm/delay-spectrum-and-foreground-wedge/)

   沿频率对可见度做傅里叶变换，求出基线的地平线时延，理解平滑前景为什么填满一个楔形区域。

4. L3 · 推导与例题

   ## [把时延功率变成带功率，又不丢掉信号](https://sandboxphysics.com/zh/stories/cosmic-dawn-21cm/power-spectrum-window-and-signal-loss/)

   把时延功率换成宇宙学单位，读懂窗函数，再用注入信号检查前景滤波会不会削掉氢。

5. L3 · 复算方法

   ## [亲手复算HERA上限，并经窗函数比较模型](https://sandboxphysics.com/zh/stories/cosmic-dawn-21cm/recompute-hera-window-comparison/)

   用HERA公开文件重建第一天区的七个上限，把两种模型历史经窗函数比较，再检查五种常见错误。

6. L4 · 论文阅读

   ## [读懂HERA第一批上限怎样避开前景](https://sandboxphysics.com/zh/stories/cosmic-dawn-21cm/reading-hera-foreground-avoidance/)

   逐节读HERA一期论文第3.8、3.11、4.3和4.4节：楔形与缓冲区、越过地平线的泄漏、仪器谱结构和信号损失修正。

[打开实验室：拖动加热历史和天线间距](https://sandboxphysics.com/zh/labs/cosmic-dawn-21cm-foregrounds/)