راز سیگنال رادیویی عجیب در بیابان استرالیا سرانجام فاش شد

[MacTavishMacTavish is verified member.]

سیگنالی مرموز در بیابان استرالیا که مدت‌ها دانشمندان را درگیر خود کرده بود، سرانجام موجب ابداع روشی جدید برای تشخیص‌های بهتر در نجوم رادیویی شد.

سیگنال‌هایی که انسان تولید می‌کند، مشکلی بزرگ در رصدخانه‌های رادیویی محسوب می‌شوند. اکنون محققان آمریکایی در فرآیند حل یک معمای جالب، به تکنیکی دست یافته‌اند که می‌تواند نویز رادیویی خودمان را بهتر از سیگنال‌های فضایی فیلتر کند.

ما امواج رادیویی را در حجم بسیار بالایی تولید می‌کنیم. این امواج برای تمام انواع ارتباطات به‌کار می‌روند. بااین‌حال، بسیاری از فناوری‌های ما منبع آن هستند، از وسایل برقی و خطوط برق گرفته تا سیستم جرقه‌زنی در خودروهای بنزینی.

این موضوع گاهی اوقات به مشکلات جالبی منجر شده است که شاید معروف‌ترین آن‌ها مایکروویویی باشد که سیگنال‌های اسرارآمیزی را در داده‌های تلسکوپ رادیویی ایجاد کرد. دانشمندان «دانشگاه براون» در ایالات متحده به تازگی یک سیگنال رمزآلود دیگر را شناسایی کرده‌اند؛ اتفاقی که می‌تواند به بهبود نجوم رادیویی منجر شود.

خود سیگنال از یک تلویزیون آمده است. اما این بخش گیج‌کننده نیست. بخش اسرارآمیز این است که «آرایه میدان وسیع مورچیسون» که این کشف را در بیابانی دورافتاده استرالیا در سال ۲۰۱۳ انجام داد، در یک منطقه آرام رادیویی قرار دارد؛ ناحیه‌ای بزرگ که به شدت در برابر تداخل رادیویی انسانی محافظت شده است.

هیچ چیزی که قادر به نشت امواج رادیویی باشد، اجازه ورود به آن منطقه را ندارد. تمام تأسیسات در یک ساختمان با طراحی «قفس فارادی» قرار دارند. هر خودرویی که وارد منطقه می‌شود باید با موتور دیزلی کار کند. بااین‌حال، یک سیگنال پخش تلویزیونی به وضوح در آسمان قابل مشاهده بود.

«جاناتان پابر»، فیزیکدان دانشگاه براون می‌گوید: «حدس می‌زنم سیگنال از یک هواپیما منعکس شده و سپس به ما رسیده بود. ما نزدیک به پنج سال بود که این سیگنال‌ها را زیر نظر داشتیم و چندین نفر پیشنهاد کرده بودند که سیگنال‌ها ممکن است از هواپیماهایی باشند که پخش‌های تلویزیونی را منعکس می‌کنند. حالا متوجه شده‌ایم که شاید واقعاً بتوانیم این نظریه را برای اولین بار تأیید کنیم.»

در دنیای روزافزون فناوری، جلوگیری از تداخل فرکانس رادیویی در رصدخانه‌های رادیویی تبدیل به چالش بزرگی شده است. یکی از بزرگ‌ترین مشکلات بالقوه، حجم بالای ماهواره‌هایی است که به فضا پرتاب می‌شوند. تحقیقات نشان داده‌اند که برخی از این ماهواره‌ها امواج رادیویی را در محدوده‌ای که به نجوم اختصاص داده شده، نشت می‌کنند.

مناطق آرام رادیویی، می‌توانند ابزارها را از تداخل ایجاد شده روی زمین محافظت کنند؛ اما درحال حاضر، هیچ راهی برای مسدود کردن سیگنال‌ها از آسمان وجود ندارد.

پابر توضیح می‌دهد: «نجوم با بحرانی جدی مواجه است. نگرانی‌ها به‌طور فزاینده‌ای افزایش یافته‌اند و حتی برخی گزارش‌ها حاکی از آن است که ستاره‌شناسان به دلیل تداخل ناشی از خوشه‌های ماهواره‌ای، ممکن است به‌زودی نتوانند مشاهدات رادیویی را با کیفیت بالا انجام دهند. این موضوع به‌ویژه برای تلسکوپ‌هایی مانند آرایه میدان وسیع مورچیسون که تمام آسمان را به‌طور همزمان مشاهده می‌کند، چالش‌برانگیز است. هیچ راهی برای جلوگیری از تداخل تلسکوپ‌های ما با ماهواره‌ها وجود ندارد.»

دانشمندان هنوز نتوانسته‌اند راهی برای جداسازی امواج رادیویی تولید شده توسط انسان از امواجی که منبع آنها اجرام آسمانی است پیدا کنند

در گذشته، هر داده‌ای که تحت تاثیر تداخل رادیویی انسانی آلوده شده بود، به سادگی کنار گذاشته می‌شد؛ زیرا جداکردن و استخراج سیگنال‌های آلوده بسیار دشوار بود. اما در آینده، این راه‌حل دیگر نمی‌تواند قابل قبول باشد.
پابر و جید دوشارم، همکار فیزیکدان او فکر کردند که اگر بتوانند راهی برای جداسازی سیگنال تلویزیونی منعکس‌شده از یک هواپیمای درحال عبور پیدا کنند، ممکن است قادر به ردیابی سیگنال‌های تداخلی نیز باشند. چنین ابزاری می‌تواند به استخراج و بازیابی داده‌های کاربردی در حوزه نجوم رادیویی کمک کند.

محققان برای تحلیل سیگنالی که توسط آرایه میدان وسیع مورچیسون شناسایی شده بود، از چندین روش برای تصحیح داده‌ها استفاده کردند. اولین تکنیک «تصحیحات میدان نزدیک» نام دارد که بیشتری روی اشیاء نزدیک به تلسکوپ تمرکز دارد؛ برخلاف مشاهدات عمیق فضایی که معمولاً توسط تلسکوپ‌های رادیویی انجام می‌شود.

آرایه میدان وسیع مورچیسون متشکل از ۴۰۹۶ آنتن رادیویی است که در سراسر صحرای پیلبارا در استرالیا قرار گرفته‌اند.
Marianne Annereau/MWA Telescope

دومین روش، «شکل‌دهی پرتو» است؛ تکنیکی که به تیزتر کردن سیگنال‌های منحنی میدان نزدیک دریافتی، توسط آرایه میدان وسیع مورچیسون، کمک می‌کند.

تکنیک‌های یادشده به محققان امکان شناسایی منبع سیگنال را داد: یک هواپیما که در ارتفاع ۱۱٫۷ کیلومتری و با سرعت ۷۹۲ کیلومتر در ساعت، درحال پرواز بود. آن‌ها حتی توانستند منبع پخش سیگنال را مشخص کنند؛ فرکانسی که با یکی از کانال‌های تلویزیونی دیجیتال مرتبط بود و توسط شبکه هفت استرالیا مورد استفاده قرار می‌گرفت.

بااین‌حال محققان نتوانستند هواپیمای مسئول را شناسایی کنند؛ زیرا اطلاعات مربوط به پروازها از سال ۲۰۱۳ موجود نبود. اما نتایجی که تیم توانست به دست آورد، نشان می‌دهد که استخراج تداخل رادیویی از داده‌ها امکان‌پذیر است و این امر می‌تواند به حفظ مشاهدات علمی ارزشمندی کمک کند که در غیر این صورت کنار گذاشته می‌شدند.

پابر می‌گوید: «این دستاورد گامی کلیدی در جهت حذف تداخل‌های انسانی از داده‌ها است. ستاره‌شناسان با شناسایی دقیق و حذف منابع تداخل، می‌توانند بخش بیشتری از مشاهدات خود را حفظ کنند، اتلاف داده‌های ناامیدکننده را کاهش دهند و شانس کشف‌های مهم را افزایش دهند.»

تنها زمان مشخص خواهد کرد که این مشکل در سال‌های آینده چقدر شدیدتر خواهد شد. اما تلاش‌های دوشارم و پابر نشان می‌دهد که ممکن است راهی برای تداوم نجوم رادیویی زمینی وجود داشته باشد، حداقل برای مدتی دیگر.

تحقیق در «نشریات انجمن نجوم استرالیا» منتشر شده است.