Bầu trời tràn ngập nhiễu tần số vô tuyến (RFI), nhưng nhờ hai nhà thiên văn học đã theo dõi một chương trình truyền hình lạc phản xạ từ một chiếc máy bay bay qua, có thể có một cách mới để xóa bỏ một số tín hiệu bất thường gây phiền nhiễu cho kính viễn vọng vô tuyến của chúng ta.
"Thiên văn học đang phải đối mặt với một cuộc khủng hoảng hiện sinh", Jonathan Pober của Đại học Brown, Rhode Island, Hoa Kỳ, cho biết trong tuyên bố.
Vệ tinh, ví dụ Ví dụ, chen chúc trên bầu trời. Văn phòng Liên hợp quốc về các vấn đề không gian vũ trụ đã đếm được 11.330 vệ tinh trên quỹ đạo Trái đất tính đến tháng 6 năm 2023 và nhiều vệ tinh khác đã được phóng kể từ đó. Hầu hết các vệ tinh này được thiết kế để truyền tải nhiều thông tin liên lạc khác nhau qua bước sóng vô tuyến. Điều này đã gây ra một vấn đề cho cộng đồng thiên văn học.
"Có mối lo ngại ngày càng tăng — thậm chí một số báo cáo — rằng các nhà thiên văn học có thể sớm không thể thực hiện các quan sát vô tuyến chất lượng cao như chúng ta biết, do sự can thiệp từ các chòm sao vệ tinh," Pober cho biết.
Vấn đề này đặc biệt liên quan đến các kính thiên văn như Murchison Wide-field Array (MWA) ở miền tây Úc, nơi Pober là người đứng đầu khoa học của Hoa Kỳ. MWA bao gồm 4.096 ăng-ten được thiết kế để phát hiện sóng vô tuyến tần số thấp trong khoảng từ 70 đến 300 MHz mang thông tin từ thời kỳ tái ion hóa của vũ trụ, khi các ngôi sao và thiên hà đầu tiên đang hình thành. Tuy nhiên, vì MWA quan sát toàn bộ bầu trời cùng một lúc, nên "không có cách nào để hướng kính viễn vọng của chúng ta ra khỏi vệ tinh", Pober cho biết.
Do tính ngẫu nhiên của RFI và khó khăn trong việc theo dõi các tín hiệu như vậy trở lại nguồn của chúng, việc mô hình hóa nhiễu để có thể lọc ra đã trở thành một nhiệm vụ gần như bất khả thi. Thông thường, các tập dữ liệu bị nhiễm RFI chỉ đơn giản là bị loại bỏ — nhưng điều đó dẫn đến việc mất rất nhiều dữ liệu.
Tuy nhiên, trường hợp tín hiệu truyền hình lạc đã mang đến cho các nhà thiên văn học hy vọng rằng có thể có một cách để lưu một số dữ liệu đó.
MWA nằm bên trong vùng yên tĩnh vô tuyến rộng 186 dặm (300 km), nhưng kính thiên văn này vẫn liên tục thu được các chương trình truyền hình không nên được truyền trong vùng yên tĩnh. Nguồn gốc của các chương trình phát sóng này là một câu đố. "Sau đó, chúng tôi đã suy nghĩ", Pober nói. "Chúng tôi nói, 'Tôi cá là tín hiệu đó phản xạ từ một chiếc máy bay.'"
Hợp tác với nghiên cứu sinh tiến sĩ Jade Ducharme, cũng đến từ Đại học Brown, Pober bắt đầu chứng minh giả thuyết máy bay. Để làm như vậy, họ đã kết hợp hai kỹ thuật để theo dõi nguồn gốc của RFI — sử dụng "hiệu chỉnh trường gần" liên quan đến việc tập trung kính viễn vọng vô tuyến vào các vật thể gây nhiễu gần đó và "tạo chùm tia" về cơ bản cho phép kính viễn vọng tập trung rõ nét vào một vật thể mong muốn.
Thông qua sự kết hợp của hai kỹ thuật này, Pober và Ducharme đã có thể theo dõi tín hiệu truyền hình trở lại một chiếc máy bay đang bay ở độ cao 38.400 feet (11,7 km) và với vận tốc 492 dặm một giờ (792 km một giờ). Họ thậm chí còn phát hiện ra rằng tín hiệu truyền hình nằm trên băng tần được kênh truyền hình kỹ thuật số 7 của Úc sử dụng. Tín hiệu này đang được phát ở đâu đó bên ngoài vùng yên tĩnh của sóng vô tuyến và bị phản xạ khỏi thân máy bay.
Việc xác định nguồn gốc của RFI mở ra cánh cửa để mô hình hóa nhiễu sao cho có thể nhận dạng được mẫu nhiễu và cuối cùng là lọc ra, giúp các nhà thiên văn học có thể sử dụng dữ liệu.
"Đây là một bước quan trọng hướng tới việc có thể loại bỏ nhiễu do con người tạo ra khỏi dữ liệu", Pober cho biết. "Bằng cách xác định chính xác và chỉ loại bỏ các nguồn nhiễu, các nhà thiên văn học có thể bảo tồn nhiều quan sát của họ hơn, giảm tình trạng mất dữ liệu gây khó chịu và tăng cơ hội thực hiện các khám phá quan trọng".
Tuy nhiên, việc theo dõi nguồn RFI trở lại máy bay đang bay qua chỉ là bước đầu tiên. Bước tiếp theo là tìm hiểu cách loại bỏ các tín hiệu tương tự khỏi dữ liệu thiên văn — sau đó, mục tiêu là mở rộng kỹ thuật này để không chỉ xác định và loại bỏ các tín hiệu truyền hình dội lại từ máy bay mà còn loại bỏ các tín hiệu từ vệ tinh trên cao. Tuy nhiên, xét đến số lượng vệ tinh khổng lồ, đó là một nhiệm vụ khó khăn hơn nhiều.
CÂU CHUYỆN LIÊN QUAN:
— Xem vệ tinh Trung Quốc chết cháy thành quả cầu lửa sáng chói trên bầu trời đêm (video)
— Vệ tinh NASA chết rơi xuống Trái đất trên sa mạc Sahara
— Một vệ tinh NASA chết từ những năm 1980 vừa rơi xuống Trái đất và tan thành mây khói
Tuy nhiên, theo quan điểm của Pober, việc tinh chỉnh tín hiệu là nhiệm vụ cần thiết nếu thiên văn vô tuyến muốn tồn tại.
Ông cho biết "Chúng ta không còn lựa chọn nào khác ngoài việc đầu tư vào các kỹ thuật phân tích dữ liệu tốt hơn để xác định và loại bỏ nhiễu do con người tạo ra".
Phân tích của Pober và Ducharme về cách họ theo dõi tín hiệu truyền hình lạc trở lại máy bay đã được công bố vào ngày 12 tháng 2 trong một bài báo trên tạp chí Các ấn phẩm của Hiệp hội Thiên văn học Úc.
"Thiên văn học đang phải đối mặt với một cuộc khủng hoảng hiện sinh", Jonathan Pober của Đại học Brown, Rhode Island, Hoa Kỳ, cho biết trong tuyên bố.
Vệ tinh, ví dụ Ví dụ, chen chúc trên bầu trời. Văn phòng Liên hợp quốc về các vấn đề không gian vũ trụ đã đếm được 11.330 vệ tinh trên quỹ đạo Trái đất tính đến tháng 6 năm 2023 và nhiều vệ tinh khác đã được phóng kể từ đó. Hầu hết các vệ tinh này được thiết kế để truyền tải nhiều thông tin liên lạc khác nhau qua bước sóng vô tuyến. Điều này đã gây ra một vấn đề cho cộng đồng thiên văn học.
"Có mối lo ngại ngày càng tăng — thậm chí một số báo cáo — rằng các nhà thiên văn học có thể sớm không thể thực hiện các quan sát vô tuyến chất lượng cao như chúng ta biết, do sự can thiệp từ các chòm sao vệ tinh," Pober cho biết.
Vấn đề này đặc biệt liên quan đến các kính thiên văn như Murchison Wide-field Array (MWA) ở miền tây Úc, nơi Pober là người đứng đầu khoa học của Hoa Kỳ. MWA bao gồm 4.096 ăng-ten được thiết kế để phát hiện sóng vô tuyến tần số thấp trong khoảng từ 70 đến 300 MHz mang thông tin từ thời kỳ tái ion hóa của vũ trụ, khi các ngôi sao và thiên hà đầu tiên đang hình thành. Tuy nhiên, vì MWA quan sát toàn bộ bầu trời cùng một lúc, nên "không có cách nào để hướng kính viễn vọng của chúng ta ra khỏi vệ tinh", Pober cho biết.
Do tính ngẫu nhiên của RFI và khó khăn trong việc theo dõi các tín hiệu như vậy trở lại nguồn của chúng, việc mô hình hóa nhiễu để có thể lọc ra đã trở thành một nhiệm vụ gần như bất khả thi. Thông thường, các tập dữ liệu bị nhiễm RFI chỉ đơn giản là bị loại bỏ — nhưng điều đó dẫn đến việc mất rất nhiều dữ liệu.
Tuy nhiên, trường hợp tín hiệu truyền hình lạc đã mang đến cho các nhà thiên văn học hy vọng rằng có thể có một cách để lưu một số dữ liệu đó.
MWA nằm bên trong vùng yên tĩnh vô tuyến rộng 186 dặm (300 km), nhưng kính thiên văn này vẫn liên tục thu được các chương trình truyền hình không nên được truyền trong vùng yên tĩnh. Nguồn gốc của các chương trình phát sóng này là một câu đố. "Sau đó, chúng tôi đã suy nghĩ", Pober nói. "Chúng tôi nói, 'Tôi cá là tín hiệu đó phản xạ từ một chiếc máy bay.'"
Hợp tác với nghiên cứu sinh tiến sĩ Jade Ducharme, cũng đến từ Đại học Brown, Pober bắt đầu chứng minh giả thuyết máy bay. Để làm như vậy, họ đã kết hợp hai kỹ thuật để theo dõi nguồn gốc của RFI — sử dụng "hiệu chỉnh trường gần" liên quan đến việc tập trung kính viễn vọng vô tuyến vào các vật thể gây nhiễu gần đó và "tạo chùm tia" về cơ bản cho phép kính viễn vọng tập trung rõ nét vào một vật thể mong muốn.
Thông qua sự kết hợp của hai kỹ thuật này, Pober và Ducharme đã có thể theo dõi tín hiệu truyền hình trở lại một chiếc máy bay đang bay ở độ cao 38.400 feet (11,7 km) và với vận tốc 492 dặm một giờ (792 km một giờ). Họ thậm chí còn phát hiện ra rằng tín hiệu truyền hình nằm trên băng tần được kênh truyền hình kỹ thuật số 7 của Úc sử dụng. Tín hiệu này đang được phát ở đâu đó bên ngoài vùng yên tĩnh của sóng vô tuyến và bị phản xạ khỏi thân máy bay.
Việc xác định nguồn gốc của RFI mở ra cánh cửa để mô hình hóa nhiễu sao cho có thể nhận dạng được mẫu nhiễu và cuối cùng là lọc ra, giúp các nhà thiên văn học có thể sử dụng dữ liệu.
"Đây là một bước quan trọng hướng tới việc có thể loại bỏ nhiễu do con người tạo ra khỏi dữ liệu", Pober cho biết. "Bằng cách xác định chính xác và chỉ loại bỏ các nguồn nhiễu, các nhà thiên văn học có thể bảo tồn nhiều quan sát của họ hơn, giảm tình trạng mất dữ liệu gây khó chịu và tăng cơ hội thực hiện các khám phá quan trọng".
Tuy nhiên, việc theo dõi nguồn RFI trở lại máy bay đang bay qua chỉ là bước đầu tiên. Bước tiếp theo là tìm hiểu cách loại bỏ các tín hiệu tương tự khỏi dữ liệu thiên văn — sau đó, mục tiêu là mở rộng kỹ thuật này để không chỉ xác định và loại bỏ các tín hiệu truyền hình dội lại từ máy bay mà còn loại bỏ các tín hiệu từ vệ tinh trên cao. Tuy nhiên, xét đến số lượng vệ tinh khổng lồ, đó là một nhiệm vụ khó khăn hơn nhiều.
CÂU CHUYỆN LIÊN QUAN:
— Xem vệ tinh Trung Quốc chết cháy thành quả cầu lửa sáng chói trên bầu trời đêm (video)
— Vệ tinh NASA chết rơi xuống Trái đất trên sa mạc Sahara
— Một vệ tinh NASA chết từ những năm 1980 vừa rơi xuống Trái đất và tan thành mây khói
Tuy nhiên, theo quan điểm của Pober, việc tinh chỉnh tín hiệu là nhiệm vụ cần thiết nếu thiên văn vô tuyến muốn tồn tại.
Ông cho biết "Chúng ta không còn lựa chọn nào khác ngoài việc đầu tư vào các kỹ thuật phân tích dữ liệu tốt hơn để xác định và loại bỏ nhiễu do con người tạo ra".
Phân tích của Pober và Ducharme về cách họ theo dõi tín hiệu truyền hình lạc trở lại máy bay đã được công bố vào ngày 12 tháng 2 trong một bài báo trên tạp chí Các ấn phẩm của Hiệp hội Thiên văn học Úc.
