科学家依靠遥远星系黑洞的信号校准地球定位,为卫星导航等服务提供支持,但手机、WiFi和卫星互联网的信号占用了相关无线电频谱,严重干扰观测,3分钟看懂这一技术困境。
卫星及其提供的服务已成为现代生活不可或缺的一部分。从口袋里的精准导航,到气候变化监测、全球供应链运行,再到电网和网上银行的正常运作,人类文明离不开这些轨道伙伴。
要使用卫星,我们需要确切知道它们在任何时刻的位置。精准的卫星定位依赖于所谓的“全球大地测量供应链”。
这个供应链首先要建立一个可靠的参考框架,作为所有其他测量的基础。由于卫星不断围绕地球运动,地球不断围绕太阳运动,而太阳又不断在星系中运动,因此需要通过一些相对固定的外部物体来仔细校准这个参考框架。
事实证明,这个系统的最佳锚点是遥远星系中心的黑洞——它们在吞噬恒星和气体时,会喷射出辐射流。
这些黑洞是我们已知的最遥远、最稳定的物体。利用一种名为甚长基线干涉测量的技术,我们可以通过射电望远镜网络锁定黑洞信号,将地球自身的自转和空间摆动与卫星的运动区分开来。
我们使用射电望远镜,是因为我们想要探测来自黑洞的无线电波。无线电波可以不受阻碍地穿过大气层,我们可以在白天、黑夜以及各种天气条件下接收它们。
无线电波也被用于地球上的通信,包括WiFi和手机等。不同无线电频率的使用——相当于无线电“高速公路”上的不同车道——受到严格监管,其中一些狭窄的车道被预留用于射电天文学。
然而,在过去几十年里,无线电“高速公路”上的交通相对较少。科学家们通常会偏离射电天文学专用车道来接收黑洞信号。
为了达到现代技术所需的极高精度,如今的大地测量学不仅仅依赖于专门为天文学预留的车道。
近年来,人为电磁污染大幅增加。当WiFi和手机服务出现时,科学家们转而使用更高的频率。
然而,他们的“车道”即将耗尽。六代移动电话服务(每一代都占据一条新车道)正在挤占频谱,更不用说数千颗卫星直接提供的互联网连接了。
如今,大量的信号强度过高,以至于大地测量观测站无法穿透这些信号,捕捉到黑洞发出的微弱信号。这使许多卫星服务面临风险。
为了在未来继续开展工作——维持我们所有人都依赖的服务——大地测量学需要在无线电“高速公路”上获得更多车道。在世界无线电大会通过国际条约划分频谱时,大地测量学家需要拥有一席之地。
其他可能的解决方案包括在重要的射电望远镜周围设立无线电静默区。目前,研究人员还在与卫星提供商合作,避免将无线电发射直接指向射电望远镜。
任何解决方案都必须是全球性的。在进行大地测量时,我们将世界各地的射电望远镜连接起来,从而模拟出一个与地球大小相当的望远镜。而无线电频谱主要由各国单独监管,这使得解决问题成为一项巨大的挑战。
但或许第一步是提高人们的意识。如果我们希望卫星导航正常工作、超市货物充足、网上转账安全到账,就需要确保我们能清晰地观测到遥远星系中的那些黑洞——这意味着要清理无线电“高速公路”。
黑洞定位技术受干扰,直接影响卫星导航等关键服务。你觉得应该如何平衡通信需求与科学观测?设立无线电静默区是否能有效解决问题?评论区留下你的建议,关注我了解更多科技与科学观测的平衡之道。
