大科技杂志社官方网站

新浪微薄腾讯微薄

最新碎语:想象力比知识更重要

您的位置:大科技杂志社官方网站 >科学之谜> 别做声,我们在研究宇宙!

别做声,我们在研究宇宙!

射电天文学家之烦恼

几十年前,我们头顶上的空间对于射电天文学家来说,还是非常安静的处所。那时,即便使用最灵敏的天线,也只能接收到一些非常微弱的无线电波信号:产生于太古宇宙的微波背景辐射的嘶嘶声,旋转中的中子星发出的精确的鼓点声(即脉冲星信号),闪电低沉的呼啸声……然后,有了广播、电视,它们庞大的发射塔让空中充满了电磁噪音。现在,又加上了手机、GPS、闭路电视、无线宽带等,而且一些还是可移动的。于是,平静的太空终于嘈杂声一片。

射电天文学家非常清楚这一切会导致什么后果。干他们这一行,需要一个非常安静的无线电波工作环境,因为只有这样,才能探测来自宇宙深处的某些微弱信号。而当空间充满了喧嚣,安静就越来越难觅到了。如今,射电天文学家们不得不为他们的一项基本权利——拥有安静的权利——而斗争。

管理和分配无线电波

这些五花八门的无线电信号,事实上影响着我们每个人的生活。因为无线电信号,不像子弹只射向一个地方,它发射出去后,是要在整个空间弥漫开来的——除非被阻挡住了,否则任何人在任何地方用适当的装置都能接收到。因此,倘若不对电波进行管理,将到处出乱子:你家的电视信号可能在你每次打电话时被切断,或者你拿手机拨个电话,飞机突然从天上栽下来,因为你的手机信号干扰了航班的正常飞行……

如何管理?那就要对无线电波的波段进行分配。因为无线电波的频率范围是很宽的,从3 kHz一直到300 GHz(频率低于3 kHz叫超低频波,高于300 GHz的叫远红外线)。分配就是对每个波段甚至某个特定频率指定一个专门的用途,然后大家共同遵守,这样各种设备就不会彼此干扰了。

国际上有专门的机构做这件事情。一个多世纪以来,国际电信联盟主持下的世界无线电通信大会,每四年都要在日内瓦举行一次会议,参加者来自各国商业界、科学界和政府部门,会议最重要的一项议题就是协商无线电波的分配。

由于国际间的协商,就有了大家一致遵守的某些规则,例如全球空中飞行器的无线电呼救信号频率统一为121.5 MHz。此外,人们还详尽地制订出,什么国家什么机构可以在什么地方使用哪些波段的无线电波等。结果是,电视和广播播出的无线电波只能被电视和收音机接收,手机只能接收手机信号,还有GPS、气象卫星、汽车停车雷达、用于检测铁路线上是否有障碍物的火车雷达,以及所有其他信号的发射和接收装置,都可以在工作时井水不犯河水。

干扰日益严重

在世界无线电通信大会上,大家出于对科学研究的尊重,往往给射电天文学家预留某些波段,不参与分配。但对于射电天文学家来说,这样做是不够的,因为倘若其他用途的波段跟为他们预留的波段太接近,还是会对研究工作造成干扰。

举个例子。宇宙中氢原子发射的无线电波,集中在从1400 MHz到1427 MHz的波段,此波段对应的波长约为21厘米。这个21厘米波揭示了以中性氢原子为主要成分的星际气体云的存在,可用于描绘银河系旋臂和跟踪它的旋转。保护此波段不被人工信号干扰,对于射电天文学家十分重要。

过去传统的电视、广播,其使用的频率都在几KHz和几MHz的量级,远低于这个波段,所以干扰基本可以忽略。但是,电波的频率越高,其带宽越大,带宽越大,信息传输速度越快。频率从几百MHz到几GHz是移动3G、4G和宽带业务的最佳波段。而随着移动技术向5G业务推进,电信公司还要向更高频率的波段“入侵”。这一切使得人类通讯对天文研究的干扰日益严重。

天文学家的对策

一般来说,射电天文学家在电波分配问题上拥有优先权。比如当别人申请使用的某个波段靠近预留波段时,他们会建议在两者之间开辟一个“缓冲区”,不让申请的波段太靠近预留波段,以防干扰信号的频率“溢入”预留波段。


如果这还不够,他们就要动用否决权。比如2015年,某国电信公司的一项申请威胁到21厘米波段时,天文学家经过评估认为,仅当一座射电天文台方圆500公里以内没有电信发射基站时,才不会对研究造成影响,而电信公司表示无法做到这一点,于是它的申请被否决了。

另一个解决方案是是创建允许两个或多个用途的共享波段。比如在无线电波的高频区,共享会变得比较容易,因为无线电波被大气吸收很快,特别是在数十GHz及以上的波段。只要大家事先协调好在哪里和在何时进行信息传输,射电望远镜就可以避免受到干扰。

对于天文学家自身来说,他们还可以把射电望远镜建在与世隔绝的高海拔地区来减少干扰。未来,还可以考虑把射电望远镜建到南极甚至月球上。

---

转载请注明本文标题和链接:《别做声,我们在研究宇宙!

分享到:

发表评论

路人甲 表情
Ctrl+Enter快速提交