[科普中国]-宇宙噪声

简介

银河系宇宙背景存在着稳定的频段范围宽广的无线电波辐射，此即宇宙噪声。宇宙噪声源主要是银河和太阳。太空观测的宇宙噪声强度具有相对稳定的空间方向分布。当银河宇宙噪声穿过大气层时，其强度将受到衰减，衰减的程度与其经过的路径上电子浓度和中性粒子成分浓度的乘积成正比。地面银河宇宙噪声强度的变化可以用来研究和监测高空大气，主要是电离层特别是电离层低层的电子浓度的变化。2

研究情况及结论1929年，美国天文学家央斯基为了寻找影响短波通信的背景噪声的起因，用一个有方向性的可动天线，在14.6米波长上进行了长时间的观测。到1932年，他已积累并分析了大量观测资料，发现所追踪的这一背景噪声每天重复出现，其重复周期为23小时56分零4秒，这同恒星的周日运动周期相同。

粗略的定位测量表明，其中心位置大约和银河系的中心方向一致，从而证明这一背景噪声起源于地球大气层外的银河系中心部分。以后的研究表明，这一背景噪声源中心的等效温度在该波长处高达10K。随着频率的增高，这一背景噪声的等效温度迅速下降。

2009年11月19日，印度地磁研究所表示，在未来几个月内，由科学家埃朗戈牵头的3名科学家将在南极的印度“迈特里”常年研究站安装成像式宇宙噪声接收机。整个接收机由16台接收器组成，由于常年站周围地形复杂且天气恶劣，预计要2到3个月才能全部安装完毕。1981年，印度进行了首次南极考察。1983年，印度在南极建立了第一个常年研究站。1988年，印度在南极建立“迈特里”常年站，以替换因大雪覆盖而放弃的首个常年站。多年来，印度科研人员在“迈特里”站进行了大量科学研究，涉及地质、生物、气象和医学等领域。相关知识印度地磁研究所成立于1971年，在全国设有7个观测台。其任务是进行地磁深度探测，利用地面勘查及卫星数据，采用磁学方法对地球物理现象做出解释；制造地面磁学观测台所需的仪器以及火箭、气球所载实验设备；记录地磁脉动及电离层的变化；同时还为南极研究进行具体的项目实验。

在地球上除了可以接收到银河系中心部分发出的强烈干扰噪声外，太阳也是一个很强并且随时间变化的无线电干扰噪声源。在太阳宁静时，在30兆赫处，其等效温度约为10K；在10吉赫处至少为10K；在太阳爆发时，等效温度可高达10～10K。第二次世界大战后，由央斯基的发现所开创的射电天文学得到了迅速的发展。人们探明，许多宇宙天体都发射强烈的无线电辐射。在100兆赫处，最强的射电源有仙后座A和天鹅座A，在地面上可接收到的流量密度分别为19000和11800央斯基。2

种类举例宇宙噪声是指宇宙空间各种射电源的辐射传播到地球表面所形成的噪声。这些射电源包括辐射电磁波的太阳、月球、行星等天体和星际物质。在宇宙噪声中，太阳噪声和银河系噪声是主要的噪声源。

太阳噪声当用窄波束天线对着太阳时，太阳的噪声温度大约在100000K(开尔文)以上，并随太阳的活动性而变化。图中的太阳强活动期曲线是指太阳射电暴发等异常情况的噪声。当卫星通信地球站的天线朝向太阳时，信号将完全淹没在噪声之中而无法接收，这就是卫星通信中的所谓日凌中断现象。当使用无方向性天线测量太阳噪声时，太阳的噪声温度是很低的。对于短波通信来说，太阳噪声没有影响。

银河系噪声银河系噪声是指来自银河系星球的噪声，它是宇宙噪声的主要成分。银河系中较强的辐射源位于天鹅座、仙后座、金牛座、人马座、半人马座等星座。测量结果表明，银河系中央部位的噪声强度，比其它方向的强度约大2～4dB。由于强辐射源的分布情况和地球自转的关系，银河系噪声有一定的日变化，但起伏较小，可以忽略。

银河系噪声的频率范围很宽，从无线电频谱的低端一直延伸到10GHz以上，不过超过1GHz之后电平很低，对于信号传输的影响可以忽略不计。银河系噪声由深空来到地面时，其低端频率的强度，由于电离层的反射和散射，以及较强的大气无线电噪声的掩盖，测量比较困难。大气无线电噪声世界分布图中给出的频率为1MHz的银河系噪声电平预期值是Cottony和Johler于1952年用外插法导出的。给出的数值是银河噪声的上限，其随时间的变化在±2dB以内。60年代，有人使用装置在地面上的设备，准确地测量了频率大约在10 MHz以下的银河噪声电平。这期间及以后的年代，各国许多研究机构相继利用火箭和卫星，对10MHz以下的银河噪声，进行了一系列指定频率和一定频谱的测量。3

来源太阳、星星、银河以及其他宇宙物体都会产生到数GHz范围的噪声。在HF段（1.8MHz～30MHz 之间的频段），宇宙噪声主要表现为一个连续的噪声背景。在VHF（Very High Frequency）或更高的频段，宇宙噪声能对某些频谱产生特定的干扰，并且成为地球表面通信和空间通信的限制性因素之一。到目前为止，太阳是宇宙噪声的最大来源，但在晚上，它的影响被大幅度减弱。银河系的中心地区也会产生与太阳差不多级别的宇宙噪声。如果把用于卫星通信或者是EME通信的高增益UHF（Ultra High Frequency）或VHF天线指向银河的中心，也可以听到很强的宇宙噪声。其他的星群或星团也是宇宙噪声的来源。最后，宇宙本身也就较低的背景噪声。4