Einige der Antennen, die zum Murchison Wide-field Array gehören (Bildnachweis: ICRAR/Curtin)
Der Himmel ist überschwemmt von Hochfrequenzstörungen (RFI), aber dank zweier Astronomen, die eine verirrte Fernsehsendung aufspürten, die von einem vorbeifliegenden Flugzeug reflektiert wurde, gibt es vielleicht eine neue Möglichkeit, einige der Schurkensignale, die unsere Radioteleskope plagen, auszulöschen.
„Die Astronomie befindet sich in einer existenziellen Krise“, sagte Jonathan Pober von der Brown University, Rhode Island, USA, in einer Erklärung.
Satelliten, zum Beispiel, bevölkern den Himmel. Das Büro der Vereinten Nationen für Weltraumfragen zählte im Juni 2023 11.330 Satelliten in der Erdumlaufbahn, und viele weitere wurden seither gestartet. Die meisten dieser Satelliten sind für die Übermittlung verschiedener Nachrichten über Funkwellenlängen ausgelegt. Dies hat die Astronomie vor ein Problem gestellt.
„Es gibt wachsende Bedenken – und sogar einige Berichte – dass Astronomen aufgrund von Störungen durch Satellitenkonstellationen bald nicht mehr in der Lage sein könnten, qualitativ hochwertige Radiobeobachtungen durchzuführen, wie wir sie kennen“, so Pober.
Dieses Thema ist besonders wichtig für Teleskope wie das Murchison Wide-field Array (MWA) in Westaustralien, für das Pober die wissenschaftliche Leitung in den USA innehat. Das MWA besteht aus 4.096 Antennen, die niederfrequente Radiowellen zwischen 70 und 300 MHz aufspüren sollen, die Informationen aus der Zeit der Reionisierung des Universums enthalten, als sich die ersten Sterne und Galaxien bildeten. Da das MWA jedoch den gesamten Himmel auf einmal beobachtet, „gibt es keine Möglichkeit, unsere Teleskope von den Satelliten weg zu richten“, so Pober.
Aufgrund der Zufälligkeit von Funkstörungen und der Schwierigkeit, solche Signale zu ihren Quellen zurückzuverfolgen, hat sich die Modellierung der Störungen, damit sie herausgefiltert werden können, als eine nahezu unmögliche Aufgabe erwiesen. Normalerweise werden mit RFI kontaminierte Datensätze einfach weggeworfen – was jedoch zu einem großen Datenverlust führt.
Der Fall eines verirrten Fernsehsignals hat den Astronomen jedoch Hoffnung gegeben, dass es einen Weg geben könnte, einige dieser Daten zu retten.
Das MWA befindet sich innerhalb einer 300 Kilometer breiten Radio-Ruhezone, und dennoch hat das Teleskop immer wieder Fernsehsendungen aufgefangen, die in der Ruhezone nicht gesendet werden sollten. Der Ursprung dieser Sendungen war bisher ein Rätsel. „Dann wurde es uns klar“, sagt Pober. „Wir sagten: ‚Ich wette, das Signal wird von einem Flugzeug reflektiert‘.
Gemeinsam mit der Doktorandin Jade Ducharme, ebenfalls von der Brown University, machte sich Pober daran, die Hypothese des Flugzeugs zu beweisen. Dazu kombinierten sie zwei Techniken, um den Ursprung von RFI aufzuspüren: die „Nahfeldkorrektur“, bei der das Radioteleskop auf nahe gelegene, Störungen verursachende Objekte fokussiert wird, und das „Beamforming“, das es dem Teleskop ermöglicht, sich auf ein gewünschtes Objekt zu konzentrieren.
Durch eine Kombination dieser beiden Techniken konnten Pober und Ducharme ein Fernsehsignal bis zu einem Flugzeug zurückverfolgen, das sich in einer Höhe von 11,7 Kilometern (38.400 Fuß) und mit einer Geschwindigkeit von 792 Kilometern pro Stunde (492 mile per hour) bewegte. Sie fanden sogar heraus, dass das Fernsehsignal auf dem Frequenzband des australischen digitalen Fernsehkanals 7 gesendet wurde. Dieses Signal wurde irgendwo außerhalb der Funkstille ausgestrahlt und vom Rumpf des Flugzeugs reflektiert.
Die Identifizierung der RFI-Quelle ermöglicht die Modellierung der Störung, so dass ihr Muster erkannt und schließlich herausgefiltert werden kann, damit die Daten für die Astronomen nutzbar bleiben.
„Dies ist ein wichtiger Schritt, um die von Menschen verursachten Störungen aus den Daten zu entfernen“, so Pober. „Durch die genaue Identifizierung und Entfernung von Störquellen können die Astronomen mehr ihrer Beobachtungen bewahren, frustrierende Datenverluste reduzieren und die Chancen auf wichtige Entdeckungen erhöhen.“
Die Rückverfolgung der Quelle der RFI zu einem vorbeifliegenden Flugzeug war jedoch nur der erste Schritt. Der nächste Schritt besteht darin, herauszufinden, wie man ähnliche Signale aus den astronomischen Daten entfernen kann. Danach soll die Technik so erweitert werden, dass nicht nur Fernsehsignale, die von Flugzeugen abprallen, identifiziert und entfernt werden können, sondern auch Signale von Satelliten über dem Boden. Angesichts der riesigen Anzahl von Satelliten ist dies jedoch eine weitaus schwierigere Aufgabe.
Nichtsdestotrotz ist Pober der Ansicht, dass die Verfeinerung von Signalen eine wesentliche Voraussetzung für das Überleben der Radioastronomie ist.
„Wir haben keine andere Wahl, als in bessere Datenanalysetechniken zu investieren, um vom Menschen verursachte Störungen zu erkennen und zu entfernen“, sagte er.
Die Analyse von Pober und Ducharme, wie sie das verirrte Fernsehsignal zum Flugzeug zurückverfolgt haben, wurde am 12. Februar in der Zeitschrift Publications of the Astronomical Society of Australia veröffentlicht.
