天文學家發現神秘電視信號，竟是飛機反射所致

天空中滿是射頻干擾（RFI），不過，多虧兩位天文學家追蹤到一個雜散電視廣播信號，這個信號是由一架飛過的飛機反射的，這樣一來，或許就有新方法來消除一些困擾我們射電望遠鏡的異常信號了。

美國羅得島布朗大學的喬納森·波伯（Jonathan Pober）在一份聲明中稱：“天文學正面臨着一場生存危機。”

例如，衛星佈滿天空。聯合國外層空間事務廳統計，截至2023年6月，地球軌道上有11330顆衛星，自那之後又發射了更多衛星。這些衛星大多是爲了通過無線電波長轉發各種通信，這就給天文學界帶來了一個問題。

波伯說：“人們越來越擔心，甚至有一些報告也指出，由於衛星星座的干擾，天文學家可能很快就無法像我們所知道的那樣進行高質量的射電觀測了。”

這個問題對於像位於西澳大利亞的默奇森寬場陣列（MWA）這樣的望遠鏡來說尤爲相關，波伯是美國在該望遠鏡項目中的科學負責人。MWA由4096個天線組成，旨在探測70到300兆赫茲之間的低頻無線電波，這些電波攜帶着來自宇宙再電離時期的信息，當時第一批恆星和星系正在形成。然而，由於MWA同時觀測整個天空，波伯說：“我們沒辦法讓望遠鏡避開衛星。”

由於射頻干擾（RFI）的隨機性以及追蹤此類信號來源的困難，對干擾進行建模以將其濾除，已被證明是幾乎不可能的任務。通常，被射頻干擾污染的數據集會被直接丟棄——但這會導致大量數據丟失。

然而，一個雜散電視信號的案例讓天文學家們看到了挽救部分數據的希望。

MWA（平方公里陣列低頻射電望遠鏡）位於一個寬186英里（300千米）的射電寧靜區內，但該望遠鏡一直接收到本不應在寧靜區內傳輸的電視廣播信號。這些廣播信號的來源一直是個謎。“然後我們突然想到，”波伯說，“我打賭這個信號是從飛機上反射過來的。

波伯和同樣來自布朗大學的博士生傑德·杜查姆一塊，着手證明飛機假說。爲此，他們結合了兩種追蹤RFI（射頻干擾）來源的技術——使用“近場校正”（這涉及將射電望遠鏡聚焦於附近產生干擾的物體）以及“波束成形”（這基本上能讓望遠鏡更精準地聚焦於目標物體）。

通過結合這兩種技術，波伯和杜查姆能夠追蹤到一個電視信號，其來源是一架飛行高度爲38400英尺（11.7千米）、速度爲每小時492英里（每小時792千米）的飛機。他們甚至發現這個電視信號處於澳大利亞數字電視頻道7所使用的頻段。這個信號是從射電寧靜區外的某個地方發射出來的，然後從飛機機身反射過來。

確定射頻干擾（RFI）的來源，就能對干擾進行建模，就像打開了一扇門，這樣就可以識別其模式並最終將其濾除，從而使天文學家能夠使用這些數據。

波伯表示：“這是朝着能夠從數據中去除人爲干擾邁出的關鍵一步。通過精確識別並僅去除干擾源，天文學家可以保留更多的觀測數據，減少令人沮喪的數據丟失，並增加做出重大發現的機會。”

然而，把射頻干擾源追蹤到一架飛過的飛機上只是第一步。下一步是學習如何從天文數據中去除類似的信號——然後，在此之後，目標是擴展這項技術，不僅要識別和去除飛機反射的電視信號，還要去除頭頂衛星發出的信號。然而，考慮到衛星數量很多，這是一項更爲艱鉅的任務。

然而，在波伯（Pober）看來，如果射電天文學要繼續存在，那麼對信號進行精細化處理將是一項必不可少的任務。

他說：“我們別無選擇，只能投資於更好的數據分析技術，以識別和消除人爲干擾。”

波伯和迪沙爾姆（Ducharme）關於他們如何追蹤雜散電視信號並追溯到飛機的分析，於2月12日發表在《澳大利亞天文學會出版物》（Publications of the Astronomical Society of Australia）雜誌的一篇論文中。