Астрономический детектив: кто взломал зону радиомолчания Мерчисон?

В 2013 году в самом сердце австралийской пустыни произошло нечто необъяснимое. Зона радиомолчания Мерчисон — это место, где запрещено все, что может излучать радиоволны. Здесь нет мобильных вышек, не работает Wi-Fi, даже автомобили въезжают сюда только с «тихими» дизельными двигателями. Они не создают искр, а значит, не генерируют помех.


Поэтому Мерчисон является самым настоящим святилищем для астрономов всего мира. Здесь они слушали шепот Вселенной… пока однажды телескопы не зафиксировали яркий сигнал, похожий на телевизионную трансляцию.

По словам физика Джонатана Побера из университета Брауна (США), ученые были в шоке. Это как если бы в библиотеке, где все обязаны молчать, внезапно и на всю катушку заиграла бы рок-группа. Исследователи не могли поверить, что такое вообще могло здесь случиться.

Физики проверили оборудование, пересмотрели данные, но сигнал был реален. И он шел не из космоса. Откуда? Ответ оказался еще более странным, чем можно было представить.

Война на радиоволнах

Мы привыкли, что радиоволны — это невидимые помощники: они связывают нас по телефону, транслируют музыку и фильмы, управляют спутниками. Но для ученых, которые пытаются услышать «голоса» далеких галактик, эти волны превратились в настоящий кошмар. Антропогенные сигналы (то есть созданные человеком) загрязняют эфир, словно шум толпы мешает расслышать шепот. И проблема становится все серьезнее.

Представьте, вы пытаетесь расслышать песню кита в океане, но вокруг ревут моторы катеров. Примерно так радиоастрономы борются с помехами от наших же технологий. Микроволновки, линии электропередач, автомобили с бензиновыми двигателями — все это создает радиошум. А недавно ученые из университета Брауна (США) столкнулись с новой загадкой, которая может изменить будущее науки.

На самом деле, проблема антропогенных помех далеко не нова. В 1998 году австралийские астрономы обнаружили странные сигналы из космоса, которые повторялись каждые несколько минут. Запахло сенсацией, но в итоге оказалось, что источником аномальных импульсов была… микроволновая печь в кафетерии обсерватории! Дверца прибора неплотно закрывалась, и излучение «просачивалось» в данные телескопа.

Сегодня угрозы стали масштабнее. Например, спутники Starlink, которые обеспечивают интернет по всей планете, создают на небе «световые дорожки», мешающие оптическим телескопам.




— Джейд Дюшарм, коллега Побера.

Внезапная разгадка

Но вернемся к таинственному сигналу из зоны Мерчисон. Пять лет ученые ломали голову: как телевизионная частота попала в запретную зону? Ответ пришел неожиданно: сигнал отразился от самолета, летевшего на высоте 11,7 км со скоростью 792 км/ч. Это как если бы вы направили фонарик в зеркало — луч изменит траекторию.



Чтобы «поймать» этот сигнал, ученым пришлось использовать два сложных метода.

Первый называется «поправками для ближнего поля». Эта технология помогает фокусироваться на объектах, находящихся близко к Земле (вроде самолетов), а не на далеких галактиках. Что-то типа бинокля. Когда вы его настраиваете, то сначала видите дерево перед вами, а уж потом — горы на горизонте.

Второй метод — это формирование луча. Он заключается в усилении искривленных сигналов, которые обычно игнорируются при наблюдении за космосом. Это похоже на то, как шумоподавляющие наушники «отсекают» фоновый гул, позволяя слышать голос собеседника.

Благодаря этим методам ученые не только определили источник помехи, но и показали: даже в идеальных условиях радиошум может проникнуть откуда угодно.

Новая угроза для астрономии

Если наземные помехи еще можно контролировать, то с небом все сложнее. Тысячи спутников, запускаемых компаниями вроде SpaceX, создают новые вызовы. Многие из них излучают радиоволны в диапазонах, которые критически важны для астрономии.


— Побер.

Телескопы вроде Murchison Widefield Array наблюдают за всем небом сразу, а не за отдельными участками. Поэтому избежать помех от спутников невозможно — они буквально повсюду. Раньше ученые просто удаляли «загрязненные» данные, но сегодня такой подход не работает: слишком много ценной информации теряется.



Джейд Дюшарм предложила революционную идею: если научиться выделять антропогенные помехи, их можно будет «вычесть» из данных, сохранив космические сигналы. Например, зная, что самолет отражает телепередачу, можно создать алгоритм, который автоматически удаляет такие помехи.

Как именно работают алгоритмы? Ученые используют «цифровые фильтры», которые сравнивают данные с шаблонами известных помех. Например, сигнал от Wi-Fi-роутера имеет определенную частоту и форму — если он появляется в записях телескопа, программа его отметит и удалит.

Пока ученые спорят, как защитить небо от спутников, методы Побера и Дюшарм дают шанс сохранить хотя бы часть данных. Но проблема глубже: человечество все активнее использует радиоволны, а значит, помех будет только больше.


— Дюшарм.

Один из возможных путей — создание международных соглашений, ограничивающих использование определенных частот вблизи обсерваторий. Но в эпоху коммерческих спутниковых группировок это кажется утопией.