Astronomer sigter gennem data fra Murchison Widefield Array, et radioteleskop i Western Australia, befandt sig i at konfrontere et uventet mysterium.
Teleskopet, der består af 4.096 edderkoplignende antenner designet til at registrere radiobølgesignaler fra mere end 13 milliarder år siden, syntes at have snublet over noget langt mere lokalt: en tv-udsendelse.
Dette var forundrende, i betragtning af at teleskopet er placeret i en udpeget radio stille zone, hvor den australske regering regulerer signalniveauer fra alt radiokommunikationsudstyr – inklusive tv -sendere, Bluetooth -enheder, mobiltelefoner og mere – for at minimere interferens med teleskoperne i området . Endnu mere forvirrende strækkede tv -signalet over himlen.
“Det ramte os derefter,” sagde Jonathan Pober, en fysiker ved Brown University og den amerikanske forskningsledning for Murchison Widefield Array -projektet. “Vi sagde: ‘Jeg ved, at signalet reflekterer et fly.’ Vi havde set disse signaler i næsten fem år, og flere mennesker havde foreslået, at de var fly, der reflekterede tv -udsendelser.
For at gøre dette indrullerede Pober Brown Ph.D. Student Jade Ducharme for noget astronomisk detektivarbejde. Resultaterne fra parret, der blev offentliggjort i Publikationer fra Astronomical Society of Australiaunderstøttede ikke kun flyhypotesen, men har nu også givet astronomer en ny metode til at identificere og filtrere uønskede radiofrekvenser – et mål bliver stadig vigtigere, når Jordens himmel bliver støjende med implementeringen af flere satellitter.
“Astronomi står over for en eksistentiel krise,” sagde Pober. “Der er voksende bekymring-og endda nogle rapporter-at astronomer snart ikke er i stand til at udføre radioobservationer af høj kvalitet, som vi kender det, på grund af interferens fra satellitkonstellationer. Dette er især udfordrende for teleskoper som Murchison Widefield Array, der observerer hele himlen samtidigt.
Traditionelt, når uønskede signaler – kendt som radiofrekvensinterferens (RFI) – detekteres i radioteleskopdata, kasseres disse data som forurenet. Dette skyldes, at disse signaler er uforudsigelige, og uden en klar model af deres oprindelse er det næsten umuligt at trække dem fra dataene, forklarede Ducharme.
“Det ender med at være vanvittige mængder af data, der smides ud for ikke at have nogen del af observationen, der er forurenet,” sagde Ducharme.
For Ducharme og Pober handlede den nye undersøgelse om at lægge rammerne for at hjælpe med at løse dette enorme problem ved at udvikle en ny metode til at spore RFI’er fra nærliggende objekter. For at gøre dette kombinerede parret to eksisterende sporingsteknikker, der blev brugt i marken.
Den første, kendt som næsten feltkorrektioner, justerer teleskopet for at fokusere på genstande tættere på Jorden, hvilket normalt forårsager interferens. Teleskoper er designet til at se dybt ud i rummet, men korrektioner i nærheden af felt giver dem mulighed for at spore nærliggende objekter mere nøjagtigt. Den anden teknik, stråleformering, skærper fokus på et objekt ved at skabe en mere præcis “stråle”, der præciserer, hvor interferensen kommer fra – i dette tilfælde, der sprænger et fly.
Ved at kombinere de to metoder spurgte forskerne flyet og analyserede, hvordan de reflekterede radiobølger buede ud af dens overflade. Det gjorde det muligt for dem at beregne, at flyet fløj med omkring 38.400 fod og bevægede sig cirka 492 miles i timen. De fandt også, at RFI -signalet, der sprang ud af flyet, kom fra et frekvensbånd, der var forbundet med australske digitale tv -kanal 7.
Holdet var ikke i stand til at identificere den specifikke flyvning på grund af ufuldstændige offentligt tilgængelige flykogger, men Pober sagde, at den vellykkede kombination af de to teknikker åbner nye døre for området for radioastronomi.
“Dette er et vigtigt skridt hen imod at gøre det muligt at trække menneskeskabt interferens fra dataene,” sagde han. “Ved nøjagtigt at identificere og fjerne kun kilderne til interferens, kan astronomer bevare flere af deres observationer, reducere frustrerende datatab og øge chancerne for at gøre vigtige opdagelser.”
De næste trin i projektet involverer forsøg på faktisk at fjerne Broadcast RFI -signaler fra de data, de kiggede på, så det forbliver nyttigt for MWA -teamet. Forskerne håber derefter at forfine metoden yderligere og udvide den til at filtrere interferens fra satellitter og andre rumbaserede objekter. Forskerne bemærker imidlertid, at selvom teknikken fungerede godt til sporing af fly, vil anvende den på andre kilder til interferens, som satellitter, være mere udfordrende.
Undersøgelsen fremhæver også, hvor hurtigt spørgsmålet om RFI vokser. Ifølge De Forenede Nationers kontor for ydre rumforhold, blev 11.330 satellitter kredsende om Jorden fra juni 2023, en stigning på næsten 40% fra januar 2022.
Denne satellitboom forventes kun at udvide sig i de kommende årtier, hvilket udgør en stor udfordring for radioastronomiens evne til at studere fænomener som sorte huller, galaksedannelse og universets oprindelse. Videnskabsledere har allerede truffet noget. Siden 2019 har National Science Foundation’s National Radio Astronomy Observatory og SpaceX arbejdet sammen for at udvikle realtidsdata-delingssystemer for at forsøge at minimere satellitter fra at forstyrre teleskopobservationer.
Stadig fortsætter debatten om, hvorvidt nogen handling vil være nok, da verden i stigende grad er fyldt med kunstige signaler. Nogle, som Pober, spekulerer på, om det bedste handlingsforløb er at undslippe støjen ved at gå ud over det – og bygge radioteleskoper på steder som månen.
“Hvis vi ikke kan finde en stille himmel på jorden, er Jorden måske ikke stedet at være,” sagde Pober. “Uanset hvad vi gør, har vi intet andet valg end at investere i bedre dataanalyseteknikker til at identificere og fjerne menneskelig genereret interferens.”