射电天文学界三贱客——手机信号塔、微波炉之门和故障小便池

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原作：David Winning

翻译：邱煜欣

校对：唐佳欣 王克义 游小波

编排：简稚珉

后台：库特莉亚芙卡 李子琦 徐⑨坤 胡永葳

原文链接：https://www.wsj.com/articles/astronomers-cant-hear-signals-from-space-because-earth-is-too-loud-11615911902

澳大利亚帕克斯射电望远镜。

图片来源：澳大利亚联邦科学与工业研究组织

恒星爆发出的射电脉冲，在手机信号塔，厕所故障小便池和微波炉面前，不值一提！

在南非的沙漠中，接收射电信号的大型射电望远镜本是解开宇宙奥秘的利器。然而多数时候，这些信号只能让科学家发现当地居民正在煲电话粥。

距卡鲁地区的射电望远镜约60千米的一座手机通信基站，正干扰着探测恒星爆炸遗迹脉冲的实验。伪装成射电脉冲的基站信号对于努力监测着这片天空的天文学家来说，讨厌程度不亚于萦绕头顶的大头苍蝇。

Hello?

南非射电天文台的首席技术专家，贾斯汀·乔纳斯（Justin Jonas）教授说道：“望远镜的搜寻工作如同大海捞针，而信号基站却不断地‘灌注浑水’。我们想要检测的信号的强度竟然比不过手机信号。”

在射电天文学的世界里，消除噪声比以往任何时候都要更困难了。

在上世纪，射电天文学家可以相对轻松地访问大部分射电频谱，这些频谱覆盖无线电波并且被划分为不同的频带。

如今，全球的通信系统在越来越拥挤的频谱上运行，其中卫星电视供应商和电话公司还在争夺带宽。

南非射电天文台的首席技术专家，乔纳斯教授与MeerKAT射电望远镜的合影。

图片来源：南非射电天文台

游客们经常坐着带有Wi-Fi的汽车，戴着智能手表，握着手机来拜访此地的望远镜，所有的这些设备都发出会干扰天文学家工作的无线电信号。个人设备的技术发展促使卫星与地球的通信变多了，再加上飞机与地面的交流信号，问题正变得更加复杂。

新一代的小型卫星带给了我们最新的挑战，它们可以在数百公里的高度环绕地球。有关小型卫星的应用正在激增，包括地球监测、通信、收集气候变化数据和反导制导。据估计，去年到达轨道的此类卫星数量为1 200颗，预计未来十年将超过10,000颗。咨询公司的弗罗斯特（Frost）和沙利文（Sullivan）说到，相比之下，2015年至2018年三年间发射的小型商业卫星也才400颗左右。

美国弗吉尼亚州夏洛茨维尔市国家射电天文台主任，托尼·毕斯利（Tony Beasley）说：“这就像是在听某人低声细语的时候，其他人都在你的耳边语笑喧哗。”

让天文学家担心的是某些单脉冲的宇宙射电信号，它们记录着太空深处的事件信息，而无线电干扰会使这些宝贵的信息大打折扣甚至丢失。

使用MeerKAT射电望远镜拍摄的银河系中央区域的射电图像。

图片来源：南非射电天文台

“这如同一场猫捉老鼠的游戏，”澳洲国立巨型望远镜的运营负责人约翰·雷诺兹(John Reynolds)博士说。“这项技术每年都在变化发展，新的频谱不断应用于不同类型的设备。”

有一次，一名正在使用帕克斯射电望远镜的天文学家被无线电信号干扰，脉冲星（具有强磁场的快速自转中子星，会发射规则的毫秒至百秒级的短周期脉冲辐射）的观测也因此受到影响。这位天文学家注意到，白天出现的信号到晚上就消失了。

雷诺兹博士说：“结果证明，这次干扰来自于访客中心的厕所小便池。我们花了一天时间来追踪干扰信号——小便池自动冲洗系统中的电子设备出现了故障，触发时产生的火花引发了干扰信号。”

还有一次，帕克斯天文台的天文学家对望远镜捕获的一系列快速射电暴进行区分并判断它们是否来自太空。最初只有一例，到后来又增加了几例。源头竟是微波炉，当微波炉的门打开时，干扰信号就释放了出来。

雷诺兹博士透露，由于夜间使用电话的人数会减少且附近道路上的流通车辆也会减少，天文学家已经把更多的研究放在夜里进行。要知道，每年都约有100,000人（主要是游客）前来参观帕克斯射电望远镜。

位于南非的MeerKAT射电望远镜由64个碟形天线组成，它们分布在卡鲁地区方圆8公里的范围内。

图片来源：南非射电天文台

地面上的许多射频干扰都是由于人们忘记关闭设备而引起的，因此望远镜操作员会不遗余力地阻止这种情况的发生。在高度灵敏的MeerKAT望远镜所处的卡鲁地区，工厂的汽车和员工在进入现场之前都会经过扫描以检查个人电子设备。这些检查已经成了日常工作，可穿戴设备和移动电话必须关机，并留在更衣室中。

在美国西维吉尼亚州的格林班克，绿岸射电望远镜的团队有时会带着探测器进入社区，以检查违规技术的使用情况。绿岸（格林班克）是指定的静默区域，未经许可不能在附近3.4万平方千米的区域内使用固定无线电发射器。同时也禁止使用无绳电话。

当宇宙射电信号无法避免地受到干扰时，科学家会简单地对数据做不良标记并予以排除。

美国国家射电天文台的毕斯利先生在美国多个州以及美属维尔京群岛和智利使用过望远镜，他说：“数据确实就这样丢失了，而且再也无法在某些无线电频率上开展观测了。”

这个问题在南非的哈特射电天文台（HartRAO）天文台十分突出，该天文台曾经是NASA的深空跟踪站，现在由南非射电天文台负责管理。乔纳斯教授说，由于毗邻快速发展的约翰内斯堡，在低射频范围内它不再能够进行任何探测研究。

约翰内斯堡西北部的哈特射电天文台。

图片来源：南非射电天文台

十多年前，人们就开始讨论创建平方千米[射电望远镜]阵列（Square Kilometer Array，SKA），这个全球性的项目旨在建立世界上最大的射电望远镜，以了解第一批恒星和星系的诞生，其中一个关键的考量因素就是找到一个相对来说不受干扰的位置。

科学家们最终选定了两个地点：南非射电望远镜设施所处的卡鲁地区和西澳大利亚的默奇森郡。默奇森郡被称为“无镇之城”，人口113人，居住在约5万平方千米的范围内。直观点来看，5万平方千米大致相当于3个北京市的面积。

尽管如此，严格的无线电静默依旧难以得到保证。SKA望远镜的运行、维护保养和数据记录都依靠电力系统，其中负责记录数据的超级计算机会安置在严格屏蔽无线电信号的建筑物内。

澳大利亚联邦科学与工业研究组织的SKA计划负责人安东尼·辛克尔（Antony Schinckel）说：“避免自己成为自己最大的敌人，这是一个真正的挑战。”

责任编辑：邱煜欣

牧夫新媒体编辑部

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