2022年07月26日 星期二
暗夜保护:给天文观测留一片纯净天空
◎张 超

    近日,中国生物多样性保护与绿色发展基金会星空工作委员会召开了第二季度工作总结会议,就暗夜保护等方面进行总结与展望。

    暗夜星空,是人类共同的财产。2018年,经世界自然保护联盟暗夜委员会审核,西藏阿里和那曲两地的“暗夜星空保护地”被正式收录到《世界暗夜保护地名录》中,成为我国首批获得国际组织认可的暗夜保护地。

    2020年,《世界暗夜保护地名录》又增加了8个暗夜保护地,其中新增中国黄海湿地野鹿荡、山西洪谷、江西葛源、河北照金暗夜保护地。至此,目前全球范围内暗夜保护地为273个。

    除了控制光污染以外,暗夜保护的“工作范围”还包括保护射电宁静区等。

    无线电波干扰天文观测

    可见光只是电磁波谱中很小的一部分,对于那些可见光之外的电磁波,诸如红外线、紫外线、X射线、γ射线、射电波等人类都“视而不见”,但正是这些“看不见”的电磁波却蕴含着大量来自宇宙天体的信息。不过,地球大气层是一道天然的屏障,会不同程度地阻隔这些电磁波,只给天文观测留下了2个窗口:可见光波段以及射电波段。

    1965年,射电天文学家彭齐亚斯和威尔逊在研究卫星系统中的噪声时,发现了一个去不掉的噪音,这个噪音来自宇宙大爆炸的背景辐射。这一发现为初始宇宙起源的大爆炸理论提供了证据。

    然而,随着人类对无线电的开发利用,天空中的各种射电信号变得“嘈杂”起来,使得天文观测受到干扰。

    人类使用无线电主要是为了传输信号,这也意味着只有发送方和接收方之间使用相同的频率,才可能进行无线电通信。因此,我们只需要规范无线电的频率使用范围,就可以避开对射电天文观测的干扰。因此,一部分频率被规定为天文观测的专用频率。

    例如,中性氢的超精细跃迁频道1420.4058兆赫;一氧化碳分子的超精细跃迁频道115.271千兆赫和230.538千兆赫;氨的超精细跃迁频道23.694千兆赫、23.723千兆赫和23.870千兆赫等。

    “无杂音”的射电宁静区

    然而,射电天文并非只使用这些固定的频率进行探测,对于地基射电观测来说,观测范围在2兆赫至1000千兆赫以上的所有波段;对于空间射电观测而言,更是可以观测低达10千赫的甚低频射电波段。因此,为了给天文射电观测保留一处无“杂音”的“寂静之岭”,世界上许多国家都设立了射电宁静区。1958年,为了尽量减少对绿岸射电天文观测站可能产生的干扰,美国在弗吉尼亚州和西弗吉尼亚州之间的州边界附近,约33万平方千米的范围内设立了世界上第一个射电宁静区。

    射电宁静区包含了3种基本类型。第一类区域是核心区,核心区毗邻主体望远镜,在某些频段禁止所有无线电传输,如阿塔卡玛毫米/亚毫米波阵列射电望远镜拥有30千米范围的核心区域;我国的500米口径球面射电望远镜(FAST)建在大山深处,有着良好的射电屏障,但也拥有射电宁静区。第二类区域的管理相对宽松,地理范围也更加广阔,一般禁止无线电信号传输。如需要传输,可以在符合条件的情况下,通过对传输地形、方向、功率等条件加以限制后,进行信号传输。第三类区域是在协调的情况下允许特定频率的信号传输。

    但即便如此,射电天文观测不得不面临的一个现实是,在地面上已再难找到半个世纪前那种干净的电磁环境。

    (据中国国家天文公众号)  

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