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Dalvm 發表於 2018-12-31 17:04

宇宙噪聲

天體輻射的電磁波對通信系統形成的噪聲稱為宇宙噪聲。它在整個空間的分佈是不均勻的,最強的來自銀河系中部,其強度與季節和頻率等因素有關。通常在工作頻率低於300MHz時需要考慮它的影響。實踐證明宇宙噪聲服從高斯分佈,在一般工作範圍內它具有平坦的功率譜密度。 [1]
宇宙噪聲,是指來自地球大氣層外的無線電輻射干擾。2009年11月19日,位於孟買的印度地磁研究所稱,印度科學家將在南極考察站安裝成像式宇宙噪聲接收機,以加強對宇宙噪聲的研究。

簡介編輯
銀河系宇宙背景存在著穩定的頻段範圍寬廣的無線電波輻射,此即宇宙噪聲。宇宙噪聲源主要是銀河和太陽。太空觀測的宇宙噪聲強度具有相對穩定的空間方向分佈。當銀河宇宙噪聲穿過大氣層時,其強度將受到衰減,衰減的程度與其經過的路徑上電子濃度和中性粒子成分濃度的乘積成正比。地面銀河宇宙噪聲強度的變化可以用來研究和監測高空大氣,主要是電離層特別是電離層低層的電子濃度的變化。 [2]
研究情況及結論編輯
1929年,美國天文學家央斯基為了尋找影響短波通信的背景噪聲的起因,用一個有方向性的可動天線,在14.6米波長上進行了長時間的觀測。到1932年,他已積累並分析了大量觀測資料,發現所追踪的這一背景噪聲每天重複出現,其重複週期為23小時56分零4秒,這同恆星的周日運動週期相同。
粗略的定位測量表明,其中心位置大約和銀河系的中心方向一致,從而證明這一背景噪聲起源於地球大氣層外的銀河系中心部分。以後的研究表明,這一背景噪聲源中心的等效溫度在該波長處高達10K。隨著頻率的增高,這一背景噪聲的等效溫度迅速下降。
2009年11月19日,印度地磁研究所表示,在未來幾個月內,由科學家埃朗戈牽頭的3名科學家將在南極的印度“邁特里”常年研究站安裝成像式宇宙噪聲接收機。整個接收機由16台接收器組成,由於常年站周圍地形複雜且天氣惡劣,預計要2到3個月才能全部安裝完畢。1981年,印度進行了首次南極考察。1983年,印度在南極建立了第一個常年研究站。1988年,印度在南極建立“邁特里”常年站,以替換因大雪覆蓋而放棄的首個常年站。多年來,印度科研人員在“邁特里”站進行了大量科學研究,涉及地質、生物、氣象和醫學等領域。相關知識印度地磁研究所成立於1971年,在全國設有7個觀測台。其任務是進行地磁深度探測,利用地面勘查及衛星數據,採用磁學方法對地球物理現像做出解釋;製造地面磁學觀測台所需的儀器以及火箭、氣球所載實驗設備;記錄地磁脈動及電離層的變化;同時還為南極研究進行具體的項目實驗。
在地球上除了可以接收到銀河系中心部分發出的強烈干擾噪聲外,太陽也是一個很強並且隨時間變化的無線電干擾噪聲源。在太陽寧靜時,在30 兆赫處,其等效溫度約為10K;在10吉赫處至少為10K;在太陽爆發時,等效溫度可高達10~10K。第二次世界大戰後,由央斯基的發現所開創的射電天文學得到了迅速的發展。人們探明,許多宇宙天體都發射強烈的無線電輻射。在100兆赫處,最強的射電源有仙后座A和天鵝座A,在地面上可接收到的流量密度分別為19000和11800央斯基。 [2]
種類舉例編輯
宇宙噪聲是指宇宙空間各種射電源的輻射傳播到地球表面所形成的噪聲。這些射電源包括輻射電磁波的太陽、月球、行星等天體和星際物質。在宇宙噪聲中,太陽噪聲和銀河系噪聲是主要的噪聲源。
太陽噪聲
當用窄波束天線對著太陽時,太陽的噪聲溫度大約在100000K(開爾文)以上,並隨太陽的活動性而變化。圖中的太陽強活動期曲線是指太陽射電暴發等異常情況的噪聲。當衛星通信地球站的天線朝向太陽時,信號將完全淹沒在噪聲之中而無法接收,這就是衛星通信中的所謂日凌中斷現象。當使用無方向性天線測量太陽噪聲時,太陽的噪聲溫度是很低的。對於短波通信來說,太陽噪聲沒有影響。
銀河系噪聲
銀河系噪聲是指來自銀河系星球的噪聲,它是宇宙噪聲的主要成分。銀河系中較強的輻射源位於天鵝座、仙后座、金牛座、人馬座、半人馬座等星座。測量結果表明,銀河系中央部位的噪聲強度,比其它方向的強度約大2~4dB。由於強輻射源的分佈情況和地球自轉的關係,銀河系噪聲有一定的日變化,但起伏較小,可以忽略。
銀河系噪聲的頻率範圍很寬,從無線電頻譜的低端一直延伸到10GHz以上,不過超過1GHz之後電平很低,對於信號傳輸的影響可以忽略不計。銀河系噪聲由深空來到地面時,其低端頻率的強度,由於電離層的反射和散射,以及較強的大氣無線電噪聲的掩蓋,測量比較困難。大氣無線電噪聲世界分佈圖中給出的頻率為1MHz的銀河系噪聲電平預期值是Cottony和Johler於1952年用外插法導出的。給出的數值是銀河噪聲的上限,其隨時間的變化在±2dB以內。60年代,有人使用裝置在地面上的設備,準確地測量了頻率大約在10 MHz以下的銀河噪聲電平。這期間及以後的年代,各國許多研究機構相繼利用火箭和衛星,對10MHz以下的銀河噪聲,進行了一系列指定頻率和一定頻譜的測量。 [3]
來源編輯
太陽、星星、銀河以及其他宇宙物體都會產生到數GHz範圍的噪聲。在HF段(1.8MHz~30MHz之間的頻段),宇宙噪聲主要表現為一個連續的噪聲背景。在VHF(Very High Frequency)或更高的頻段,宇宙噪聲能對某些頻譜產生特定的干擾,並且成為地球表面通信和空間通信的限制性因素之一。到目前為止,太陽是宇宙噪聲的最大來源,但在晚上,它的影響被大幅度減弱。銀河系的中心地區也會產生與太陽差不多級別的宇宙噪聲。如果把用於衛星通信或者是EME通信的高增益UHF(Ultra High Frequency)或VHF天線指向銀河的中心,也可以聽到很強的宇宙噪聲。其他的星群或星團也是宇宙噪聲的來源。最後,宇宙本身也就較低的背景噪聲。 [4]

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