在2024年6月中旬,天文学家团队通过位于澳大利亚西部的先进射电望远镜网络澳大利亚平方千米阵列探测器(ASKAP),捕捉到了一次极其短暂且异常明亮的无线电波爆发信号。与以往观察到的快速无线电爆发(Fast Radio Bursts,FRBs)信号不同,这次信号不仅持续时间短至30纳秒,其传播特征也揭示了信号源距离地球异常接近,只有几百光年之遥。经过一年侦测和深入分析,科学家们最终确定,信号源竟是一颗60多年前发射的废弃通信卫星——Relay 2。快速无线电爆发是一种极度明亮且持续时间极短的无线电波闪光,通常发生于遥远的星系。它们释放的能量相当于太阳几十年所释放的总能量,并能在几毫秒内茫然而至。由于其极端性质,天文学家一直在努力理解爆发产生的机制以及背后的宇宙物理过程。
此前研究普遍将此类爆发归因于宇宙中的极端天体,如磁星或恒星碰撞。然而这次ASKAP的观测结果却指出,有些信号并非来自深远的宇宙,而是由极其接近地球的现象产生。遥远宇宙中的快速无线电爆发信号通常会表现出典型的“频率时延”现象,即高频信号比低频信号提前到达,表现为一种称为频率“色散”的特征。然而,这次探测到的信号在各频率范围内几乎同步抵达,表明信号传播距离极短。ASKAP望远镜位于澳大利亚被称为Inyarrimanha Ilgari Bundara的穆尔奇森射电天文台,处在辽阔且远离电磁污染的红色沙漠平原中。该望远镜由36个天线组成,可以合并成一个类似于巨型摄像镜头的网络,拥有伸展达六公里的“镜面”尺寸。
理论上这个组合能极大提升图像分辨率,但由于信号极其近距离,组合的天线阵列反而导致图像模糊,类似于用远摄镜头拍摄靠得太近的物体导致失焦。经过调整阵列配置并剥除部分天线数据,科学家们才成功成像并确认信号方向。令人惊讶的是,信号具体位置与美国在1964年发射的名为Relay 2的通信卫星完全重合。这颗卫星自60多年前开始服役,早已于1967年因系统故障停用。通常,科学家们会将此类信号归结为“无线电频率干扰”(RFI),即人为设备产生的杂波。然而该信号的极端短暂和明亮特征使其难以被简单归类为普通的地面干扰。
科学家们推测,这次奇异的无线电脉冲可能是由卫星表面的“静电放电”现象引发。静电放电是带电粒子在卫星表面积聚到一定量后突然释放时产生的电磁闪光,类似于生活中走过地毯后触摸金属物体引发的轻微电击。卫星轨道环境中充满带电的等离子体,当卫星表面不断受到宇宙射线和太阳风的轰击时,就容易积累不同电势的电荷。然而目前已知的静电放电持续时间,远远长于此次观测到的纳秒级脉冲,且发生概率通常与地球磁层活动密切相关。当时地球磁层处于异常平静的状态,使这一假设更加扑朔迷离。另外一个备选解释是由微流星体撞击产生。
微流星体体积虽小,但速度极快,撞击卫星时会引发电磁辐射和机械震动。科学团队计算认为,体重仅22微克、速度超过每秒20公里的微流星体撞击卫星时,的确可能产生观察到的无线电脉冲。尽管概率只有约1%,这仍是值得关注的科学线索。此次发现开启了观测和研究近地轨道废弃卫星电磁行为的新领域。过去,天文学家大多专注于深空遥远信号的捕捉,但现有技术若能调整探测时间尺度,聚焦纳秒级别无线电现象,将极大增强对地球近轨道环境的监测能力。随着全球卫星发射数量迅猛增长,空间碎片和失效卫星对航天安全构成潜在威胁,如何实时监控并获取这些轨道物体的状态信息成为迫切需求。
地基射电望远镜网络或许能通过捕捉类似的闪光信号,有效了解卫星表面电荷动态、微粒撞击损伤情况,辅助航天器维护和碎片风险预警。此次由ASKAP望远镜捕获的这一独特无线电事件,尽管最终未能追寻到预期的天文深空源,却意外解答了地近空间曾有的神秘闪光之谜。天文界由此认识到,不仅深空中存在丰富而复杂的电磁现象,近地轨道同样具备诸多未解的物理过程与科研价值。未来,科学家们将继续利用超高时间分辨率和空间定位能力,探索更多未知无线电瞬变现象。此项研究不仅推动了射电天文学技术的革新,也为航天器技术安全和宇宙空间环境保护提供了有力的数据支持。在人类探索宇宙的征途上,地球附近的空间环境研究与深远天体观测同样重要。
随着设备和算法不断改进,未来还将发现更多类似的“亮闪闪”的宇宙秘密,带来更多意想不到的科学惊喜。