冲水|收到外太空神秘信号？！结果是马桶冲水或微波炉开门声…地球太“吵”_马桶|射电|信号|卫星|望远镜

天文射电望远镜可通过探测电波信号，帮助人类解开宇宙之谜。然而现在，由于地球上无数种类的无线电波干扰越发频繁，天文学家们想要探测到太空中的信号变得越来越难——辛苦探测到的“神秘”脉冲，最后发现竟和厕所中的自动冲水系统故障有关；兴奋接收到一系列快速射电暴，最终却是微波炉的开门声造成……
天文学家的烦恼：
地球噪音太大， “在耳边大吼大叫”
《华尔街日报》近日报道，地球上无数种类的无线电波干扰，成了天文学家们目前所面临的难题。比如坐落在南非沙漠卡鲁地区的天文射电望远镜，其进行的项目是对爆炸恒星留存遗迹脉冲进行探测。但由于距离其37英里处有一座手机信号塔，其试验项目频频受到干扰。它所发出的信号，很容易被天文学家们误解成从太空中传来的无线电脉冲。

文章图片

↑地球信号干扰给天文学家们带来困境
“这就好比要在干草堆中寻找一根针，然而这些干草却正是由这个信号塔提供的。 ”南非射电天文台首席技术师贾斯汀·乔纳斯教授说道， “相比手机信号而言，我们想要探测的太空信号弱到难以想象。 ”
在射电天文的世界里，要想屏蔽这些“噪音”变得越来越难。在20世纪里，射电天文学家要想接触到大部分射电频谱相对容易，这些频谱覆盖了电波，并被划分为不同的频段。但现在，全球通信系统运行的频谱越来越拥挤，卫星电视供应商和电话公司都在争夺带宽。
无数看似平常的举动，都可能会干扰到天文学家的工作。比如，前往射电望远镜参观的游客，其乘坐的汽车往往装有Wi-Fi ，身上的智能手表、手机，都会发出无线电信号。个人技术领域的发展，需要更多卫星与地球进行通信，这使得问题更加复杂。
如今，新一代小型卫星的增多也给天文学家们带来了新的挑战。这些卫星可以在数百英里的高度绕地球飞行，被广泛应用于地球观测、通信、收集气候变化数据和跟踪导弹等领域。据估计，去年大概有1200颗此类卫星进入轨道，预计未来十年其数量将超过10000颗。咨询公司Frost&Sullivan表示，相比之下， 2015年至2018年期间只有大约400颗小型商业卫星被发射到太空中。

文章图片

↑南非射电天文台首席技术师贾斯汀·乔纳斯教授图据《华尔街日报》
“这就像是，当有人在你耳边大吼大叫时，你想听清楚别人在窃窃私语什么。 ”美国弗吉尼亚州国家射电天文台主任托尼·比斯利说道。
频繁被“地球事件”搞糊涂：
小便池和微波炉都可以是干扰源
由于某些宇宙的无线电信号只是单一脉冲，天文学家们担心，周围的干扰会让他们失去有关远离地球事件的重要信息。 “这是个猫捉老鼠的游戏， ”位于澳大利亚帕克斯的射电望远镜中心运营主管约翰·雷诺兹博士说道， “科技在日新月异地发展，新频谱不断被用于不同的设备上。 ”
有一次，帕克斯望远镜的一位天文学家，被一个干扰到脉冲星观测的无线电信号给搞糊涂了。所谓脉冲星，就是一颗在超新星爆炸中毁灭的大恒星的旋转遗迹。那位天文学家注意到，信号是白天发出来的，到了晚上似乎就消失了。

文章图片

↑使用MeerKAT望远镜拍摄到的银河系中心区域射电图像图据《华尔街日报》
“最后发现，那些干扰信号原来和游客访问中心厕所的小便池有关。 ”雷诺兹说道， “这花了我们一天的时间才把信号源锁定，原来是自动冲洗系统的电子设备出了故障，开启后会产生火花。 ”
还有一次，帕克斯的天文学家因为望远镜捕捉到的一系列快速射电暴以及它们是否来自太空而产生分歧。起初只有一束，而后又接连捕捉到数束。原来，这些信号的源头竟是一个微波炉，当门被打开时，它发出“砰”的声音。
后来，有些天文学家选择在晚上做更多试验，因为晚上使用手机的人更少，附近公路上车辆也会少许多。据悉，帕克斯望远镜每年都会有大约10万人造访，其中绝大多数为游客。
人类真正的挑战：
别让自己成为自己的敌人
由于地面上的无线电频率干扰大多是因为人们忘记关掉设备而造成，因此射电望远镜的工作人员花费了很多心思去避免这些干扰。比如，在高度敏感的MeerKAT望远镜所在地——南非卡鲁地区，所有汽车和人员在被允许进场之前都会被扫描身上的个人电子设备。监控太空信号是项日常工作，因此所有可穿戴装备和手机都会被关机留在更衣室内。

文章图片

↑南非MeerKAT望远镜图据《华尔街日报》
而在美国西弗吉尼亚州的绿岸射电望远镜（Green Bank），工作人员们偶尔会走进社区，使用探测仪检查其相关技术的使用情况。该地是一个禁止使用无线电的区域，未经许可方圆13000平方英里的区域内均不允许使用固定无线发射机。
【冲水|收到外太空神秘信号？！结果是马桶冲水或微波炉开门声…地球太“吵”】当信号干扰无法被克服时，科学家们往往就会将这些收集的数据标为“坏数据”且将其删除。 “数据会丢失，而且在某些无线电频率下观测太空是不可能了。 ”比斯利说道。
这一问题，在南非的哈特比索克天文台尤为明显。该天文台曾是美国国家航空航天局的深空跟踪站，如今由南非射电天文台管理。乔纳斯教授说道，由于它太靠近发展迅速的约翰内斯堡，如今该天文台已无法再进行任何无线电低频率的研究。
十多年来，当科学家们围绕创建世界上最大的射电望远镜“平方公里阵列”（SKA）展开讨论时，一个关键的考虑因素，就是找到一个相对不受干扰的位置。
科学家们最终选定了两个地点：南非的卡鲁地区和澳大利亚西部地区的默奇森郡。默奇森郡被称之为“没有城镇的郡” ，人口数量113人，覆盖面积达1.93万平方英里，这大致相当于美国马萨诸塞州和佛蒙特州的总和。
但要想达到静默的无线电状态依然很难。 SKA望远镜将依靠电力运行、维护，录入数据则需要超级计算机，但即便是在严密防护的建筑物里，超级计算机仍然会发射无线电信号。
“别让自己成为自己最大的敌人，这才是真正的挑战。 ”SKA的项目负责人安东尼（Antony Schinckel）说道。

小资料：电磁波环境要求极高射电望远镜选址成大难题
灵敏度和分辨率是射电望远镜的两大核心指标。由于星体距离地球十分遥远，到达地球时能量微弱，灵敏度是科学家发现暗弱天体的能力，而要想进一步看清遥远天体的真实面貌，就要依靠分辨率。
去年1月11日，被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜（FAST）通过国家验收正式开放运行。由于射电望远镜易受外界电磁辐射干扰，调频电台、电视、手机以及其他无线电数据的传输都会对其观测造成干扰，因此对电磁波环境要求极高。
从1994年开始，中国科学家就在为FAST选址，并最终选择贵州省平塘县克度镇金科村大窝凼洼地。这个天然洼地附近5公里半径之内没有一个乡镇， 25公里半径之内只有一个县城，无线电环境“相当理想” 。项目还设置了半径5公里的电磁波宁静核心区。
而贵州省人民政府制定的《贵州省500米口径球面射电望远镜电磁波宁静区保护办法》规定，以射电望远镜台址为圆心，半径5公里区域内，严禁设置、使用无线电台，严禁建设产生辐射电磁波的设施；在半径5至30公里区域内，经论证对射电望远镜正常运行构成干扰的设施不得建设。同时，任何单位和个人不得占用国家为开展射电天文业务所划分的频率。
FAST工程总工程师兼首席科学家南仁东曾说， “人类的梦想之一，就是在电波环境彻底破坏之前，真正看一眼初始宇宙，弄清宇宙结构是如何形成和演化的。只有大射电望远镜才能帮助人类实现这一梦想。 ”（综合新华社、贵州日报）

红星新闻采访人员王雅林
编辑张寻
（下载红星新闻，报料有奖！）