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石無魚

射電天文學(xué)家之煩惱

幾十年前，我們頭頂上的空間對于射電天文學(xué)家來說，還是非常安靜的處所。那時，即便使用最靈敏的天線，也只能接收到一些非常微弱的無線電波信號：產(chǎn)生于太古宇宙的微波背景輻射的嘶嘶聲，旋轉(zhuǎn)中的中子星發(fā)出的精確的鼓點(diǎn)聲（即脈沖星信號），閃電低沉的呼嘯聲……然后，有了廣播、電視，它們龐大的發(fā)射塔讓空中充滿了電磁噪音。現(xiàn)在，又加上了手機(jī)、GPS、閉路電視、無線寬帶等，而且一些還是可移動的。于是，平靜的太空終于嘈雜聲一片。

射電天文學(xué)家非常清楚這一切會導(dǎo)致什么后果。干他們這一行，需要一個非常安靜的無線電波工作環(huán)境，因?yàn)橹挥羞@樣，才能探測來自宇宙深處的某些微弱信號。而當(dāng)空間充滿了喧囂，安靜就越來越難覓到了。如今，射電天文學(xué)家們不得不為他們的一項(xiàng)基本權(quán)利——擁有安靜的權(quán)利——而斗爭。

管理和分配無線電波

這些五花八門的無線電信號，事實(shí)上影響著我們每個人的生活。因?yàn)闊o線電信號，不像子彈只射向一個地方，它發(fā)射出去后，是要在整個空間彌漫開來的——除非被阻擋住了，否則任何人在任何地方用適當(dāng)?shù)难b置都能接收到。因此，倘若不對電波進(jìn)行管理，將到處出亂子：你家的電視信號可能在你每次打電話時被切斷，或者你拿手機(jī)撥個電話，飛機(jī)突然從天上栽下來，因?yàn)槟愕氖謾C(jī)信號干擾了航班的正常飛行……

如何管理？那就要對無線電波的波段進(jìn)行分配。因?yàn)闊o線電波的頻率范圍是很寬的，從3 kHz一直到300 GHz（頻率低于3 kHz叫超低頻波，高于300 GHz的叫遠(yuǎn)紅外線）。分配就是對每個波段甚至某個特定頻率指定一個專門的用途，然后大家共同遵守，這樣各種設(shè)備就不會彼此干擾了。

國際上有專門的機(jī)構(gòu)做這件事情。一個多世紀(jì)以來，國際電信聯(lián)盟主持下的世界無線電通信大會，每四年都要在日內(nèi)瓦舉行一次會議，參加者來自各國商業(yè)界、科學(xué)界和政府部門，會議最重要的一項(xiàng)議題就是協(xié)商無線電波的分配。

由于國際間的協(xié)商，就有了大家一致遵守的某些規(guī)則，例如全球空中飛行器的無線電呼救信號頻率統(tǒng)一為121.5 MHz。此外，人們還詳盡地制訂出，什么國家什么機(jī)構(gòu)可以在什么地方使用哪些波段的無線電波等。結(jié)果是，電視和廣播播出的無線電波只能被電視和收音機(jī)接收，手機(jī)只能接收手機(jī)信號，還有GPS、氣象衛(wèi)星、汽車停車?yán)走_(dá)、用于檢測鐵路線上是否有障礙物的火車?yán)走_(dá)，以及所有其他信號的發(fā)射和接收裝置，都可以在工作時井水不犯河水。

干擾日益嚴(yán)重

在世界無線電通信大會上，大家出于對科學(xué)研究的尊重，往往給射電天文學(xué)家預(yù)留某些波段，不參與分配。但對于射電天文學(xué)家來說，這樣做是不夠的，因?yàn)樘热羝渌猛镜牟ǘ胃鸀樗麄冾A(yù)留的波段太接近，還是會對研究工作造成干擾。

舉個例子。宇宙中氫原子發(fā)射的無線電波，集中在從1400 MHz到1427 MHz的波段，此波段對應(yīng)的波長約為21厘米。這個21厘米波揭示了以中性氫原子為主要成分的星際氣體云的存在，可用于描繪銀河系旋臂和跟蹤它的旋轉(zhuǎn)。保護(hù)此波段不被人工信號干擾，對于射電天文學(xué)家十分重要。

過去傳統(tǒng)的電視、廣播，其使用的頻率都在幾KHz和幾MHz的量級，遠(yuǎn)低于這個波段，所以干擾基本可以忽略。但是，電波的頻率越高，其帶寬越大，帶寬越大，信息傳輸速度越快。頻率從幾百M(fèi)Hz到幾GHz是移動3G、4G和寬帶業(yè)務(wù)的最佳波段。而隨著移動技術(shù)向5G業(yè)務(wù)推進(jìn)，電信公司還要向更高頻率的波段“入侵”。這一切使得人類通訊對天文研究的干擾日益嚴(yán)重。

天文學(xué)家的對策

一般來說，射電天文學(xué)家在電波分配問題上擁有優(yōu)先權(quán)。比如當(dāng)別人申請使用的某個波段靠近預(yù)留波段時，他們會建議在兩者之間開辟一個“緩沖區(qū)”，不讓申請的波段太靠近預(yù)留波段，以防干擾信號的頻率“溢入”預(yù)留波段。

如果這還不夠，他們就要動用否決權(quán)。比如2015年，某國電信公司的一項(xiàng)申請威脅到21厘米波段時，天文學(xué)家經(jīng)過評估認(rèn)為，僅當(dāng)一座射電天文臺方圓500公里以內(nèi)沒有電信發(fā)射基站時，才不會對研究造成影響，而電信公司表示無法做到這一點(diǎn)，于是它的申請被否決了。

另一個解決方案是是創(chuàng)建允許兩個或多個用途的共享波段。比如在無線電波的高頻區(qū)，共享會變得比較容易，因?yàn)闊o線電波被大氣吸收很快，特別是在數(shù)十GHz及以上的波段。只要大家事先協(xié)調(diào)好在哪里和在何時進(jìn)行信息傳輸，射電望遠(yuǎn)鏡就可以避免受到干擾。

對于天文學(xué)家自身來說，他們還可以把射電望遠(yuǎn)鏡建在與世隔絕的高海拔地區(qū)來減少干擾。未來，還可以考慮把射電望遠(yuǎn)鏡建到南極甚至月球上。