據美媒6月30日報道,六月中旬,澳大利亞天文學家探測到一奇怪射電信號,其強度曾蓋過天空其他一切,對信號源的搜尋引發了圍繞地球軌道碎片這一日益嚴重問題的新疑問。
起初,研究人員以為他們觀測到了某種奇異天體。
“我們興奮不已,以為在地球附近發現了一個未知天體,”西澳大利亞科廷大學科廷射電天文研究所副教授克蘭西·詹姆斯說道。詹姆斯及其同事所研究的數據來自澳大利亞平方公里陣列射電望遠鏡,該望遠鏡位于瓦賈里·亞馬吉地區,由36個碟形天線組成,每個天線約有三層樓高。通常,該團隊會在數據中搜尋一種名為“快速射電暴”的信號——這是一種來自遙遠星系的能量爆發。
“這些射電暴是無線電波中極為強大的爆發,持續約一毫秒,”詹姆斯說,“我們不知道是什么產生了它們,我們正試圖找出答案,因為它們真的挑戰了已知的物理學——它們太亮了。我們還試圖利用它們來研究宇宙中物質的分布?!?/strong>
詹姆斯稱,天文學家認為這些射電暴可能來自磁星。磁星是致密恒星殘骸,擁有強大的磁場。“磁星極其、極其瘋狂,”詹姆斯說,“在宇宙中,除了變成黑洞的天體,它們是最極端的存在?!?/p>
但該信號似乎來自離地球非常近的地方——近到不可能是天文天體。“我們確定它來自約4500公里外。而且我們非常精確地匹配到了這顆名為Relay 2的老舊衛星——你可以查閱數據庫來確定任何給定衛星的位置,而附近沒有其他衛星,”詹姆斯說。
“我們都有點失望,但轉念一想,‘等等,這到底是由什么產生的呢?’”
·大規模短路1964年,美國國家航空航天局將實驗通信衛星Relay 2送入軌道。它是Relay 1的升級版,Relay 1于兩年前發射升空,用于在美國和歐洲之間中繼信號,并轉播了1964年東京奧運會。
僅三年后,Relay 2完成了使命,其主要儀器均出現故障,變成了太空垃圾。此后,它一直無目的地繞地球運行,直到詹姆斯及其同事將其與6月13日探測到的奇怪信號聯系起來。
但一顆已失效的衛星怎會在沉寂數十年后突然“復活”呢?
為解答這一問題,天文學家撰寫了一篇分析論文,計劃于周一發表在《天體物理學雜志快報》上。
當他們看到望遠鏡生成的圖像(數據的圖形表示)模糊不清時,便意識到信號源并非遙遠的星系異常,而是近在咫尺。
“我們得到模糊圖像的原因是(信號源)位于天線的近場——在數萬公里范圍內,”詹姆斯說,“當信號源靠近天線時,它會稍晚到達外側天線,并產生彎曲的波前,而遠距離時波前則是平的?!?/p>
不同天線間的數據不匹配導致了圖像模糊,為消除這一影響,研究人員去除了來自外側天線的信號,僅保留了位于澳大利亞內陸、占地約2.3平方英里的望遠鏡內部信號。
“我們首次探測到它時,它看起來相當微弱。但當我們放大時,它變得越來越亮。整個信號持續約30納秒,即300億分之一秒,但主要部分只有約3納秒,這實際上已達到我們儀器的觀測極限,”詹姆斯說,“該信號比我們(儀器)探測到的所有其他無線電數據亮約2000或3000倍——它是天空中迄今為止最亮的天體,亮度高出數千倍?!?/p>
研究人員對如此強大的信號火花提出了兩種可能的原因。詹姆斯稱,主要原因可能是衛星金屬外殼上靜電的積累突然釋放。
“先是航天器表面電子積累。由于電子積累,航天器開始帶電。它不斷帶電,直到電荷足夠多,導致航天器某個部件短路,從而產生突然的火花,”他解釋道,“這就像你在地毯上摩擦雙腳,然后用手指電擊朋友一樣?!?/p>
另一個不太可能的原因是微流星體的撞擊,這種太空巖石直徑不超過1毫米:“以每秒20公里或更高速度撞擊航天器的微流星體基本上會將(撞擊產生的)碎片變成等離子體——一種極熱、致密的氣體,”詹姆斯說,“這種等離子體可以發射短暫的無線電波?!?/p>
但研究認為,這種微流星體相互作用需要嚴格條件,因此其作為原因的可能性較小?!拔覀冎溃o電)放電實際上可能相當常見,”詹姆斯說,“就人類而言,它們完全無害。然而,它們絕對會損壞航天器?!?/p>
·混淆風險由于這些放電難以監測,詹姆斯認為,此次射電信號事件表明,地面射電觀測可能揭示“衛星上發生的奇怪事情”——研究人員可以采用更便宜、更易建造的設備來搜尋類似事件,而不必使用他們所用的龐大望遠鏡。他還推測,由于Relay 2是早期衛星,其制造材料可能比現代衛星更易積累靜電,而現代衛星在設計時已考慮到了這一問題。
但衛星可能干擾星系觀測這一認識也帶來了挑戰,并加劇了太空垃圾構成的威脅。自太空時代開啟以來,已有近22000顆衛星進入軌道,其中半數多一點仍在運行。數十年來,失效衛星已發生數百次碰撞,產生了大量碎片,并衍生出數以百萬計、以每小時高達18000英里速度運行的小碎片。
“我們試圖觀測來自宇宙的納秒級爆發,如果衛星也能產生這種爆發,那我們就得格外小心了,”詹姆斯在談到可能將衛星爆發與天文天體混淆時說,“隨著越來越多的衛星升空,這類實驗將變得更加困難?!?/p>
康奈爾大學喬治·費爾德斯坦天文學教授詹姆斯·科德斯未參與該研究,但他認為詹姆斯及其團隊對此事件的分析“全面且合理”。“鑒于靜電放電現象早已為人所知,”他在給CNN的電子郵件中寫道,“我認為他們的解釋可能是正確的。我不確定論文中作為替代方案提出的微流星體想法是否與之相互排斥。后者可能引發前者?!?/p>
英國曼徹斯特大學射電天文學榮譽退休教授拉爾夫·斯賓塞也未參與該研究,他同意所提出的機制是可行的,并指出之前曾檢測到GPS衛星的火花放電。
科德斯和斯賓塞均指出,該研究表明,天文學家必須注意不要將來自天體物理源的射電爆發與靜電放電或微流星體爆發混淆。
“結果表明,此類來自太空的窄脈沖可能比之前認為的更為常見,因此需要仔細分析以證明輻射來自恒星和其他天文天體,而非地球附近的人造物體,”斯賓塞在電子郵件中補充道。
“目前正在開發的新實驗,如正在澳大利亞建造的平方公里陣列低頻陣列,將能夠揭示這一新效應?!?/p>
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