在澳大利亞沙漠中檢測(cè)到的奇怪信號(hào)之謎終于解開(kāi)

人為信號(hào)是射電天文學(xué)中的一個(gè)大問(wèn)題。

在解開(kāi)一個(gè)奇怪的謎團(tuán)的過(guò)程中，美國(guó)研究人員現(xiàn)在想出了一種可以更好地過(guò)濾我們自己的技術(shù)無(wú)線電噪聲來(lái)自太空信號(hào)。

我們?nèi)祟愂?a>大聲在無(wú)線電波中.當(dāng)然，我們用它來(lái)進(jìn)行各種通信;但是，我們的大部分技術(shù)都是一個(gè)來(lái)源，從電器和電源線到汽油動(dòng)力汽車的火花隙點(diǎn)火。

這偶爾會(huì)導(dǎo)致一些有趣的問(wèn)題，最著名的也許是微波爐在射電望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)中產(chǎn)生令人費(fèi)解的信號(hào).美國(guó)布朗大學(xué)的科學(xué)家最近發(fā)現(xiàn)了另一個(gè)令人費(fèi)解的信號(hào)——它可能導(dǎo)致射電天文學(xué)的改進(jìn)。

信號(hào)本身來(lái)自電視。這不是令人費(fèi)解的部分。令人費(fèi)解的是，Murchison 寬場(chǎng)陣列這使得 2013 年在澳大利亞偏遠(yuǎn)的沙漠中檢測(cè)到的是一個(gè)指定的無(wú)線電靜音區(qū)，大片區(qū)域被嚴(yán)密鎖定，以防止人為無(wú)線電干擾。

該區(qū)域不允許使用任何可以泄漏無(wú)線電波的東西。這些設(shè)施都位于法拉第籠建筑內(nèi)。任何駛?cè)朐搮^(qū)域的汽車都需要使用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。然而，這里有一個(gè)電視廣播信號(hào)，劃過(guò)天空，隨你喜歡的那樣大膽。

“然后它打擊了我們，”物理學(xué)家喬納森·波伯 （Jonathan Pober） 說(shuō)布朗大學(xué)的。“我們說(shuō)，'我敢打賭，信號(hào)是從飛機(jī)上反射回來(lái)的。'我們已經(jīng)看到這些信號(hào)將近五年了，有幾個(gè)人認(rèn)為它們是反映電視廣播的飛機(jī)。我們意識(shí)到我們實(shí)際上可能能夠一次證實(shí)這個(gè)理論。

在我們這個(gè)技術(shù)日益發(fā)達(dá)的世界中，射頻干擾在射電天文學(xué)中變得越來(lái)越難以避免。最大的潛在問(wèn)題之一是在數(shù)千個(gè)星座中發(fā)射的衛(wèi)星數(shù)量龐大。研究表明，其中一些衛(wèi)星是在天文學(xué)保留的范圍內(nèi)泄漏無(wú)線電波.

地面無(wú)線電靜音區(qū)可以保護(hù)儀器免受地面產(chǎn)生的干擾;但目前，沒(méi)有辦法阻止來(lái)自 Overhead 的信號(hào)。

“天文學(xué)正面臨生存危機(jī)，”Pober 解釋說(shuō).“人們?cè)絹?lái)越擔(dān)心——甚至一些報(bào)告——由于衛(wèi)星星座的干擾，天文學(xué)家可能很快就無(wú)法進(jìn)行高質(zhì)量的射電觀測(cè)，正如我們所知。這對(duì)于像默奇森寬視場(chǎng)陣列這樣的望遠(yuǎn)鏡來(lái)說(shuō)尤其具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)樗梢酝瑫r(shí)觀察整個(gè)天空。沒(méi)有辦法將我們的望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)遠(yuǎn)離衛(wèi)星。

以前，任何受人為無(wú)線電干擾污染的數(shù)據(jù)都會(huì)被簡(jiǎn)單地丟棄，因?yàn)楦綦x和提取污染信號(hào)太難了。但展望未來(lái)，這種解決方案是站不住腳的。

Pober 和他的同事、布朗大學(xué)的物理學(xué)家 Jade Ducharme 認(rèn)為，如果他們能找到一種方法來(lái)隔離從經(jīng)過(guò)的飛機(jī)反射的電視信號(hào)，他們就可能能夠開(kāi)發(fā)出一種跟蹤干擾信號(hào)的方法——提取干擾信號(hào)并回收可用射電天文數(shù)據(jù)所需的工具。

為了表征 Murchison 寬場(chǎng)陣列檢測(cè)到的信號(hào)，研究人員使用了多種方法來(lái)優(yōu)化數(shù)據(jù)。第一個(gè)是近場(chǎng)校正，這與射電望遠(yuǎn)鏡通常進(jìn)行的深空觀測(cè)相反，它對(duì)附近的物體進(jìn)行了更強(qiáng)的聚焦。

第二種是波束成形，這是一種銳化 Murchison 寬場(chǎng)陣列接收到的彎曲近場(chǎng)信號(hào)的技術(shù)。

總之，這些技術(shù)使研究人員能夠?qū)⑿盘?hào)源確定為一架飛機(jī)，該飛機(jī)以 11.7 公里（38,400 英尺）的高度和每小時(shí) 792 公里（492 英里）的速度巡航。他們甚至縮小了廣播來(lái)源的范圍——該頻率與澳大利亞 Seven Network 使用的數(shù)字電視頻道有關(guān)。

然而，他們無(wú)法確定肇事飛機(jī)的身份，因?yàn)楣_(kāi)的飛行日志沒(méi)有追溯到 2013 年。但該團(tuán)隊(duì)能夠得出的結(jié)論表明，可以從數(shù)據(jù)中提取無(wú)線電干擾，從而保留可能具有科學(xué)價(jià)值的觀測(cè)結(jié)果，否則這些觀測(cè)結(jié)果將被廢棄。

“這是從數(shù)據(jù)中減去人為干擾的關(guān)鍵一步，”Pober 說(shuō).“通過(guò)準(zhǔn)確識(shí)別和消除干擾源，天文學(xué)家可以保留更多的觀測(cè)結(jié)果，減少令人沮喪的數(shù)據(jù)丟失，并增加獲得重要發(fā)現(xiàn)的機(jī)會(huì)?！?/p>

只有時(shí)間才能證明問(wèn)題在未來(lái)幾年會(huì)變得多么嚴(yán)重。但 Ducharme 和 Pober 的工作表明，地面射電天文學(xué)可能還有一條前進(jìn)的道路，至少在一段時(shí)間內(nèi)是這樣。

該研究已發(fā)表在澳大利亞天文學(xué)會(huì)的出版物.

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