美国60年前发射的一颗卫星“失效后复活”，并发出强烈信号，令天文学家疑惑不解

wakeman

据美媒6月30日报道，六月中旬，澳大利亚天文学家探测到一奇怪射电信号，其强度曾盖过天空其他一切，对信号源的搜寻引发了围绕地球轨道碎片这一日益严重问题的新疑问。
起初，研究人员以为他们观测到了某种奇异天体。
“我们兴奋不已，以为在地球附近发现了一个未知天体，”西澳大利亚科廷大学科廷射电天文研究所副教授克兰西·詹姆斯说道。詹姆斯及其同事所研究的数据来自澳大利亚平方公里阵列射电望远镜，该望远镜位于瓦贾里·亚马吉地区，由36个碟形天线组成，每个天线约有三层楼高。通常，该团队会在数据中搜寻一种名为“快速射电暴”的信号——这是一种来自遥远星系的能量爆发。

“这些射电暴是无线电波中极为强大的爆发，持续约一毫秒，”詹姆斯说，“我们不知道是什么产生了它们，我们正试图找出答案，因为它们真的挑战了已知的物理学——它们太亮了。我们还试图利用它们来研究宇宙中物质的分布。”
詹姆斯称，天文学家认为这些射电暴可能来自磁星。磁星是致密恒星残骸，拥有强大的磁场。“磁星极其、极其疯狂，”詹姆斯说，“在宇宙中，除了变成黑洞的天体，它们是最极端的存在。”
但该信号似乎来自离地球非常近的地方——近到不可能是天文天体。“我们确定它来自约4500公里外。而且我们非常精确地匹配到了这颗名为Relay 2的老旧卫星——你可以查阅数据库来确定任何给定卫星的位置，而附近没有其他卫星，”詹姆斯说。
“我们都有点失望，但转念一想，‘等等，这到底是由什么产生的呢？’”

·大规模短路
1964年，美国国家航空航天局将实验通信卫星Relay 2送入轨道。它是Relay 1的升级版，Relay 1于两年前发射升空，用于在美国和欧洲之间中继信号，并转播了1964年东京奥运会。
仅三年后，Relay 2完成了使命，其主要仪器均出现故障，变成了太空垃圾。此后，它一直无目的地绕地球运行，直到詹姆斯及其同事将其与6月13日探测到的奇怪信号联系起来。
但一颗已失效的卫星怎会在沉寂数十年后突然“复活”呢？
为解答这一问题，天文学家撰写了一篇分析论文，计划于周一发表在《天体物理学杂志快报》上。
当他们看到望远镜生成的图像（数据的图形表示）模糊不清时，便意识到信号源并非遥远的星系异常，而是近在咫尺。
“我们得到模糊图像的原因是（信号源）位于天线的近场——在数万公里范围内，”詹姆斯说，“当信号源靠近天线时，它会稍晚到达外侧天线，并产生弯曲的波前，而远距离时波前则是平的。”

不同天线间的数据不匹配导致了图像模糊，为消除这一影响，研究人员去除了来自外侧天线的信号，仅保留了位于澳大利亚内陆、占地约2.3平方英里的望远镜内部信号。
“我们首次探测到它时，它看起来相当微弱。但当我们放大时，它变得越来越亮。整个信号持续约30纳秒，即300亿分之一秒，但主要部分只有约3纳秒，这实际上已达到我们仪器的观测极限，”詹姆斯说，“该信号比我们（仪器）探测到的所有其他无线电数据亮约2000或3000倍——它是天空中迄今为止最亮的天体，亮度高出数千倍。”
研究人员对如此强大的信号火花提出了两种可能的原因。詹姆斯称，主要原因可能是卫星金属外壳上静电的积累突然释放。
“先是航天器表面电子积累。由于电子积累，航天器开始带电。它不断带电，直到电荷足够多，导致航天器某个部件短路，从而产生突然的火花，”他解释道，“这就像你在地毯上摩擦双脚，然后用手指电击朋友一样。”
另一个不太可能的原因是微流星体的撞击，这种太空岩石直径不超过1毫米：“以每秒20公里或更高速度撞击航天器的微流星体基本上会将（撞击产生的）碎片变成等离子体——一种极热、致密的气体，”詹姆斯说，“这种等离子体可以发射短暂的无线电波。”
但研究认为，这种微流星体相互作用需要严格条件，因此其作为原因的可能性较小。“我们知道（静电）放电实际上可能相当常见，”詹姆斯说，“就人类而言，它们完全无害。然而，它们绝对会损坏航天器。”
·混淆风险
由于这些放电难以监测，詹姆斯认为，此次射电信号事件表明，地面射电观测可能揭示“卫星上发生的奇怪事情”——研究人员可以采用更便宜、更易建造的设备来搜寻类似事件，而不必使用他们所用的庞大望远镜。他还推测，由于Relay 2是早期卫星，其制造材料可能比现代卫星更易积累静电，而现代卫星在设计时已考虑到了这一问题。
但卫星可能干扰星系观测这一认识也带来了挑战，并加剧了太空垃圾构成的威胁。自太空时代开启以来，已有近22000颗卫星进入轨道，其中半数多一点仍在运行。数十年来，失效卫星已发生数百次碰撞，产生了大量碎片，并衍生出数以百万计、以每小时高达18000英里速度运行的小碎片。
“我们试图观测来自宇宙的纳秒级爆发，如果卫星也能产生这种爆发，那我们就得格外小心了，”詹姆斯在谈到可能将卫星爆发与天文天体混淆时说，“随着越来越多的卫星升空，这类实验将变得更加困难。”
康奈尔大学乔治·费尔德斯坦天文学教授詹姆斯·科德斯未参与该研究，但他认为詹姆斯及其团队对此事件的分析“全面且合理”。“鉴于静电放电现象早已为人所知，”他在给CNN的电子邮件中写道，“我认为他们的解释可能是正确的。我不确定论文中作为替代方案提出的微流星体想法是否与之相互排斥。后者可能引发前者。”
英国曼彻斯特大学射电天文学荣誉退休教授拉尔夫·斯宾塞也未参与该研究，他同意所提出的机制是可行的，并指出之前曾检测到GPS卫星的火花放电。
科德斯和斯宾塞均指出，该研究表明，天文学家必须注意不要将来自天体物理源的射电爆发与静电放电或微流星体爆发混淆。
“结果表明，此类来自太空的窄脉冲可能比之前认为的更为常见，因此需要仔细分析以证明辐射来自恒星和其他天文天体，而非地球附近的人造物体，”斯宾塞在电子邮件中补充道。
“目前正在开发的新实验，如正在澳大利亚建造的平方公里阵列低频阵列，将能够揭示这一新效应。”
（原文标题：Long-dead satellite emits strong radio signal, puzzling astronomers ）

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