Учёные, которые точно измеряют положение Земли, столкнулись с проблемой. Их измерения необходимы для работы спутников, которые мы используем для навигации, связи и наблюдения за Землёй каждый день.
Но вы можете удивиться, узнав, что эти измерения — с помощью науки геодезии — зависят от отслеживания местоположения чёрных дыр в далёких галактиках.
Проблема в том, что учёным нужно использовать определённые полосы частот в радиодиапазоне для отслеживания этих чёрных дыр. А с ростом популярности Wi-Fi, мобильных телефонов и спутникового интернета движение по этому «радиошоссе» начинает напоминать пробку.
Спутники и предоставляемые ими услуги стали неотъемлемой частью современной жизни. От точной навигации в наших карманах до измерения климатических изменений, управления глобальными цепочками поставок и обеспечения работы электросетей и онлайн-банкинга — наша цивилизация не может функционировать без своих спутников.
Чтобы использовать спутники, нам нужно точно знать, где они находятся в любой момент времени. Точное позиционирование спутников опирается на так называемую «глобальную геодезическую цепочку поставок».
Эта цепочка начинается с создания надёжной системы отсчёта как основы для всех остальных измерений. Поскольку спутники постоянно движутся вокруг Земли, Земля — вокруг Солнца, а Солнце — по галактике, эту систему отсчёта необходимо тщательно калибровать с помощью относительно неподвижных внешних объектов.
Как оказалось, лучшими опорными точками для системы являются чёрные дыры в центрах далёких галактик, которые испускают потоки излучения, поглощая звёзды и газ.
Эти чёрные дыры — самые далёкие и стабильные объекты, которые мы знаем. Используя технику, называемую очень длинной базовой интерферометрией, мы можем использовать сеть радиотелескопов, чтобы зафиксировать сигналы чёрной дыры и отделить собственное вращение Земли и её колебания в пространстве от движения спутников.
Мы используем радиотелескопы, потому что хотим обнаружить радиоволны, исходящие от чёрных дыр. Радиоволны беспрепятственно проходят через атмосферу, и мы можем принимать их днём и ночью и в любых погодных условиях.
Радиоволны также используются для связи на Земле, включая такие вещи, как Wi-Fi и мобильные телефоны. Использование различных радиочастот — разных полос движения на радиошоссе — строго регулируется, и несколько узких полос зарезервировано для радиоастрономии.
Однако в предыдущие десятилетия на радиошоссе было относительно мало трафика. Учёные обычно отклонялись от полос радиоастрономии, чтобы принимать сигналы чёрных дыр.
Чтобы достичь очень высокой точности, необходимой для современных технологий, геодезия сегодня полагается не только на полосы, исключительно зарезервированные для астрономии. В последние годы антропогенное электромагнитное загрязнение значительно возросло. Когда появились услуги Wi-Fi и мобильных телефонов, учёные отреагировали, перейдя на более высокие частоты.
Однако полосы движения заканчиваются. Шесть поколений услуг мобильной связи (каждое занимает новую полосу) переполняют спектр, не говоря уже о прямых интернет-соединениях, предоставляемых тысячами спутников.
Сегодня множество сигналов часто оказываются слишком сильными, чтобы геодезические обсерватории могли сквозь них увидеть очень слабые сигналы, испускаемые чёрными дырами. Это ставит под угрозу многие спутниковые сервисы.
Чтобы продолжать работать в будущем и поддерживать сервисы, от которых мы все зависим, геодезии нужны дополнительные полосы на радиошоссе. Когда спектр делится посредством международных договоров на всемирных радиоконференциях, геодезистам нужно место за столом.
Другие возможные решения могут включать создание радиотихих зон вокруг наших основных радиотелескопов. Работа также ведётся со спутниковыми провайдерами, чтобы избежать направления радиоизлучения непосредственно на радиотелескопы.
Любое решение должно быть глобальным. Для наших геодезических измерений мы объединяем радиотелескопы со всего мира, что позволяет нам имитировать телескоп размером с Землю. Радиоспектр в основном регулируется каждой страной индивидуально, что делает это огромной проблемой.
Но, возможно, первый шаг — это повышение осведомлённости. Если мы хотим, чтобы спутниковая навигация работала, наши супермаркеты были заполнены, а наши онлайн-переводы поступали безопасно, нам нужно убедиться, что у нас есть чёткий обзор чёрных дыр в далёких галактиках — а для этого нужно очистить радиошоссе.