Naukowcy rozwiązali zagadkę dziwnego sygnału z kosmosu odkrytego na australijskiej pustyni

Współczesna radioastronomia stoi przed coraz większym wyzwaniem - rosnącą liczbą antropogenicznych sygnałów radiowych, które zakłócają obserwacje kosmosu. W świecie, gdzie technologie bezprzewodowe stały się wszechobecne, prowadzenie precyzyjnych obserwacji radioastronomicznych staje się zadaniem niemal niemożliwym. Jednak niedawne odkrycie amerykańskich naukowców może znacząco zmienić tę sytuację.

Zespół badaczy opracował innowacyjną metodę filtrowania zakłóceń radiowych, która pozwala na identyfikację i eliminację niepożądanych sygnałów, co do tej pory uważane było za nieosiągalne. Przełomowe badania zostały niedawno opublikowane w renomowanym czasopiśmie naukowym Publications of the Astronomical Society of Australia (PASA).

Historia tego odkrycia sięga 2013 roku, kiedy to radioteleskop Murchison Widefield Array, zlokalizowany w australijskiej strefie ciszy radiowej, zarejestrował nieoczekiwany sygnał. Strefa ta została specjalnie utworzona dla ochrony obserwacji astronomicznych - obowiązuje w niej całkowity zakaz używania urządzeń emitujących fale radiowe, a nawet pojazdy poruszające się w tym obszarze muszą być napędzane olejem napędowym, aby uniknąć zakłóceń elektrycznych. Mimo tych rygorystycznych środków ostrożności, do danych obserwacyjnych przedostał się zagadkowy sygnał, którego pochodzenie początkowo było nieznane.

Naukowcy postawili hipotezę, że mogło to być odbicie sygnału telewizyjnego od przelatującego samolotu. Przeprowadzone szczegółowe analizy potwierdziły to przypuszczenie - zidentyfikowany sygnał miał częstotliwość odpowiadającą cyfrowej transmisji telewizyjnej nadawanej przez australijską sieć Seven Network. Co więcej, udało się ustalić, że źródło zakłóceń poruszało się na wysokości 11,7 kilometrów z prędkością 792 kilometrów na godzinę, co odpowiada parametrom typowym dla komercyjnych lotów pasażerskich.

Aby skutecznie zlokalizować i wyeliminować tego typu zakłócenia, naukowcy zastosowali dwie zaawansowane metody. Pierwsza z nich, nazwana korekcją bliskiego pola, pozwala na zwiększenie skupienia na obiektach znajdujących się stosunkowo blisko Ziemi. Druga metoda, określana jako kształtowanie wiązki, znacząco poprawia dokładność określania krzywizny sygnałów radiowych. Połączenie tych technik umożliwiło badaczom nie tylko precyzyjne zidentyfikowanie źródła zakłóceń, ale także - co najważniejsze - skuteczne oczyszczenie danych astronomicznych z niepożądanych sygnałów.

"To, co udało nam się osiągnąć, było wcześniej uważane za niemożliwe" - przyznają naukowcy zaangażowani w projekt. "Dotychczas, gdy sygnały antropogeniczne nakładały się na dane astronomiczne, te obserwacje po prostu trafiały do kosza. Teraz mamy narzędzia, które pozwalają nam odzyskać cenne informacje, które wcześniej zostałyby bezpowrotnie utracone."

Problem zakłóceń radiowych w radioastronomii nie jest nowy, ale w ostatnich latach dramatycznie się nasila. Rosnąca liczba satelitów na orbicie okołoziemskiej oraz rozwój technologii bezprzewodowych na powierzchni Ziemi sprawiają, że "zanieczyszczenie" radiowe staje się coraz poważniejszym zagrożeniem dla badań kosmosu. Szczególnie narażone są nowoczesne radioteleskopy typu "wide-field", które jednocześnie obserwują rozległe obszary nieba i nie mogą po prostu "odwrócić się" od źródeł zakłóceń, jak to było możliwe w przypadku starszych, wąskokątnych instrumentów.

"Astronomia przeżywa prawdziwy kryzys" - ostrzega jeden z autorów badania, fizyk Jonathan Pober. "Jeśli nie znajdziemy skutecznych sposobów na walkę z rosnącymi zakłóceniami radiowymi, radioastronomia w swojej obecnej formie może wkrótce stać się niemożliwa do prowadzenia."

Nowa metoda filtrowania zakłóceń daje jednak nadzieję na przyszłość tej dziedziny nauki. Techniki opracowane przez amerykańskich naukowców mogą zostać zastosowane nie tylko do eliminacji zakłóceń pochodzących od samolotów, ale potencjalnie także do innych rodzajów antropogenicznych sygnałów radiowych.

Znaczenie tego odkrycia wykracza daleko poza pojedynczy przypadek namierzenia sygnału telewizyjnego odbitego od samolotu. Opracowane metody mogą znaleźć zastosowanie w wielu dziedzinach radioastronomii, od badań początkowych etapów formowania się wszechświata poprzez poszukiwanie egzoplanet, aż po detekcję potencjalnych sygnałów od inteligentnych cywilizacji pozaziemskich.

Badacze podkreślają, że ich odkrycie jest dopiero początkiem drogi. "Mamy nadzieję, że nasze metody zainspirują rozwój jeszcze bardziej zaawansowanych technik filtrowania zakłóceń, które pozwolą na prowadzenie radioastronomii nawet w coraz bardziej zatłoczonym środowisku radiowym" - dodają.

W obliczu rosnącej liczby satelitów umieszczanych na orbicie przez firmy takie jak SpaceX czy OneWeb, kwestia ochrony obserwacji radioastronomicznych nabiera szczególnego znaczenia. Naukowcy apelują o międzynarodową współpracę w zakresie regulacji dotyczących emisji radiowych, która uwzględniałaby potrzeby badań naukowych.

Przykład radioteleskopu Murchison Widefield Array pokazuje, że nawet najbardziej rygorystyczne środki ochrony przed zakłóceniami radiowymi nie są w pełni skuteczne. Jednak dzięki nowym metodom filtrowania sygnałów, nawet obserwacje przeprowadzone w nieidealnych warunkach mogą dostarczyć cennych danych naukowych.

Odkrycie amerykańskich naukowców otwiera nowy rozdział w historii radioastronomii, dając nadzieję na kontynuację badań kosmosu przy pomocy fal radiowych, nawet w epoce rosnącego "zanieczyszczenia" radiowego naszej planety.