衛(wèi)星如何影響著我們的天文觀測？

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翻譯：張瀚之

校對：牧夫校對組

編排：陶邦惠

后臺：朱宸宇

https://www.universetoday.com/articles/measuring-radio-leaks-from-36000-kilometres-up

射手座A

圖片來源：NRAO/AUI/NSF & N.E. Kassim，海軍研究實驗室

射電天文學(xué)界如今面臨一個日益嚴(yán)重的污染問題。數(shù)千公里高空的，本該用于廣播通信或數(shù)據(jù)傳輸?shù)男l(wèi)星，正在偷偷污染天文學(xué)家用來研究宇宙的電波頻段。雖然大家關(guān)注的焦點常常集中在SpaceX的Starlink衛(wèi)星及其他近地軌道衛(wèi)星群，但更遠(yuǎn)的衛(wèi)星呢？它們的影響如何呢？

在36,000公里的高空，成百上千顆衛(wèi)星正在一個被稱為地球靜止軌道的特殊區(qū)域內(nèi)繞地球運行。它們的運行速度和地球自轉(zhuǎn)速度完全一致，站在地面上看，它們似乎始終停留在天空的某個固定位置。這些衛(wèi)星一般都承擔(dān)著從電視廣播到軍事通信等各種任務(wù)。與那些低軌道衛(wèi)星不同，低軌道衛(wèi)星飛速劃過天際，幾分鐘就能跑完一圈，而地球靜止衛(wèi)星卻能在望遠(yuǎn)鏡的視野內(nèi)停留數(shù)小時。

Syncom 2，第一顆同步衛(wèi)星

圖片來源：NASA

直到今天，還沒有人系統(tǒng)地測量過這些遙遠(yuǎn)的衛(wèi)星是否會在對天文學(xué)至關(guān)重要的頻段上泄漏電磁輻射。如今，來自CSIRO天文學(xué)與空間科學(xué)部門的研究團(tuán)隊終于給出了答案。他們認(rèn)為大多數(shù)情況下，情況還算樂觀。

研究團(tuán)隊利用澳大利亞Murchison寬視場陣列2020年采集的GLEAM-X調(diào)查檔案數(shù)據(jù)，分析了72至231兆赫頻段的觀測數(shù)據(jù)，這是未來平方千米陣列（Square Kilometre Array，SKA）將會使用的低頻范圍。他們在一個晚上追蹤了最多162顆地球靜止軌道和地球同步軌道衛(wèi)星，并通過疊加每顆衛(wèi)星預(yù)測位置的圖像，尋找潛在的射電輻射。

結(jié)果顯示，這些遙遠(yuǎn)的衛(wèi)星大多數(shù)在這個頻段內(nèi)對射電望遠(yuǎn)鏡來說是隱形的。對于絕大部分衛(wèi)星，研究團(tuán)隊設(shè)定的輻射上限低于1毫瓦，研究團(tuán)隊設(shè)定在30.72MHz帶寬內(nèi)的等效各項同性輻射功率的上限低于1毫瓦，最好的記錄甚至達(dá)到了驚人的0.3毫瓦。

只有一顆衛(wèi)星，叫做Intelsat 10-02，顯示出可能的意外輻射，約為0.8毫瓦。但即便是這顆衛(wèi)星，其輻射強(qiáng)度也遠(yuǎn)低于低地軌道衛(wèi)星的典型輻射水平（其輻射功率往往強(qiáng)大數(shù)百倍）。

SKA

圖片來源: SPDO/TDP/DRAO/Swinburne Astronomy Productions

這個區(qū)別很重要，因為涉及到距離和幾何因素。地球靜止衛(wèi)星到地球的距離是國際空間站的十倍。在這么遙遠(yuǎn)的距離下，即便是比較強(qiáng)的射電輻射，被地面望遠(yuǎn)鏡探測到時也已經(jīng)變得十分微弱。而且，研究采取了指向天球赤道附近的觀察策略，也就是說每顆衛(wèi)星在望遠(yuǎn)鏡的寬廣視野內(nèi)停留了很久，為使用敏感的圖像疊加技術(shù)提供了機(jī)會。所以，即便是間歇性的射電輻射也能被捕捉到。

如果SKA一旦建成，那么它低頻段的靈敏度將比現(xiàn)有的設(shè)備高出幾個數(shù)量級。對于現(xiàn)在的望遠(yuǎn)鏡來說，那些看似無害的背景噪聲，未來可能會成為SKA的嚴(yán)重干擾。而這些新的測量結(jié)果，為我們預(yù)測和減輕未來的無線電頻率干擾提供了寶貴的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

隨著衛(wèi)星星座的不斷增多，射電望遠(yuǎn)鏡的靈敏度也越來越高，天文學(xué)家長期以來依賴的“射電安靜區(qū)”正逐漸消失。即使是那些設(shè)計上盡量避開某些保護(hù)頻段的衛(wèi)星，它們也可能通過電氣系統(tǒng)、太陽能面板和機(jī)載計算機(jī)泄漏不必要的輻射。就目前而言，地球靜止衛(wèi)星在低頻射電譜上似乎還是比較守規(guī)矩的鄰居，但隨著技術(shù)的發(fā)展和衛(wèi)星數(shù)量的增加，它們是否能夠繼續(xù)保持這樣的友好關(guān)系，還存在很大的不確定性。

責(zé)任編輯：郭皓存

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圖片來源及版權(quán)：David Cruz

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