源自微波炉的射电现象
快速射电暴是一类毫秒级的射电瞬变事件，近来吸引了越来越多的研究者。这类事件拥有单峰式光变曲线，一般认为起源于河外，现有理论模型八成会涉及中子星相关过程。在现象上与此相近的是更为奇特的Peryton，同样是单峰式短时标现象（只是比快速射电暴更长，在全波段的特征时标是特征时标250毫秒），也同样分布于全天各处。而且更重要的是，后者还在1.4 GHz的观测频段上具备扫频特征，类似于穿过星际介质发生色散的天文信号。实际上如果将这种扫频归结为星系际色散的话，一部分Peryton的色散量与第一个快速射电暴FRB 010724是相当的。但前者的行为与星系际冷等离子体介质导致的二次色散定律又不是严格相符，而且还呈诡异的双模分布，分别集中在200秒差距/立方厘米以及与FRB 010724接近的400秒差距/立方厘米左右。
要问Peryton一词的起源？本人能够追究到的解释来自阿根廷作家博尔赫斯的The Book of Imaginary Beings一书。书中称Peryton是一种半鹿半鸟的生物，有着鹿头鹿角和鹿的四肢，又像飞鸟一样拥有双翼和羽毛，更奇怪的时会投下人影。按照古代埃勒斯雷（Erythrae）城女先知的预言，古罗马最终会毁于Peryton之手；中古欧洲一位犹太教拉比则援引某古希腊不知名学者的说法称，这种生物生活在大西洋，是离乡旅人灵魂的化身，已被自己的神明抛弃，只有在杀人之后才能重获自身的影子，而且罗马统帅西庇阿（Scipio）在率军出征迦太基时，船队也因Peryton的侵袭而差点葬身海底。但所有这些古代的原始记录都因为种种原因毁于一旦，细节已是无从考证，甚至这些传说是否属于博尔赫斯的杜撰都难以确定。后来这个梗被《新日之书》借去，成了书中一个神秘星座的名称，更可能与书中主人公的长期宿敌有着千丝万缕的联系。由于Peryton在现象上很是奇特，又一度具有地球与外太空的双重来源推测，于是研究者才选用这种诡异的生物为其命名。
艺术家笔下的Peryton。（图片来源：Pinterest）
与快速射电暴一样，Peryton的观测也主要来自澳大利亚的Parkes射电望远镜（另外瑞士的Bleien天文台也看到了少量）。奇特的是，所有记录在案的Peryton只集中在平日的工作时间，周末出现的则寥寥无几。这一特点让很多人很早之前就开始怀疑，Peryton可能压根就是来自人造信号源的射电干扰，何况它们很宽的分布天区也与来自地球大气之内的事件不矛盾，只是具体起源还有所争议。最近发表的Petroff et al. (2015)得出了一个令人喷饭的结论，认为Parkes台址处某几台微波炉的使用导致了这种新现象的产生。幸运的是，快速射电暴这次还算是禁受住了考验，它们似乎与人类活动无关，看上去仍旧来自河外，也还是值得继续探讨的。必须指出的是，快速射电暴绝不能与Peryton混为一谈。凤凰网等媒体最近因为Petroff等人的这篇论文而宣称快速射电暴是“骗局”，实在是无良无耻加科盲。
Petroff et al. (2015)首先报告了今年1月在执行脉冲星与河外射电暴巡天（SUPERB）以及PULSE@Parkes公众射电瞬变信号搜索项目期间新发现的3次Peryton事件，它们都是用Parkes望远镜实时观测到的。除了在1.4 GHz的观测频率上进行及时的辨认之外，作者还使用同一设备以及距离Parkes天文台400千米的澳大利亚致密望远镜阵（ATCA）在更宽的频段上进行了监测，其中的最后一个事件更有印度大型米波射电望远镜的同期观测。这里需要补充的背景是，为何针对Peryton的多台站多频段交叉证认直到今年才得以进行？这是因为2014年12月，自2014年12月之后，Parkes也安装了与ATCA相同的射电频段干扰监视系统，可以在402 MHz到3 GHz的频段上每10秒钟记录一次低分辨率射电频谱，而监视仪本身每12分钟可以在方位角方向上360度扫描一次，因此现在这两架设备都有能力时刻关注射电信号出现之时望远镜周围的辐射环境，所以也就能够更准确地判定Peryton的真身了。
分别发生在2015年1月19日、22日与23日的3次Peryton事件的光变曲线（上）和时间-频率图（下）。（图片来源：Petroff et al. 2015）
新发现的3次Peryton都是在工作日出现的，分别是1月19日（周一）、22日（周四）与23日（周五）。它们都比较明亮，在望远镜接收机全部的13个波束中清晰可见，而且都具备相当大的色散，只是与星系际介质色散的行为略有偏离。这几个Peryton都具备宽频辐射，且在高频更为明亮。频谱和色散量的彼此接近说明，它们可能是源自同一距离上的，也许还是可重复的事件。顺带一提，Petroff et al. (2015)在arXiv.org发表的初稿在日期方面犯了一个实在低级的错误，1月22日与23日分别被误标成了周三与周四……
同时Parkes望远镜的射电频段干扰监视仪在2.3到2.5 GHz的频段上观测到了伴随所有这3个Peryton的辐射，这说明1.4 GHz与2.4 GHz频段上的现象是成协的。不同的是，后者持续时标较长，达到了几十秒，而3个1.4 GHz的信号都只有18.5毫秒的持续时标。作为对比，ATCA阵列的监视仪只在第一次Peryton事件发生时看到了2.4 GHz辐射，而并没有与其他两次Peryton相对应的信号。这意味着第一次可能只是巧合而已。此外大型米波射电望远镜在第三次Peryton期间也没有接收到任何信号。由于缺乏其他台站的交叉证认，这些Peryton事件很有可能只是起源于Parkes望远镜附近的，而非来自宇宙深空。
2015年1月的3次Peryton事件期间Parkes望远镜（上）与ATCA（下）射电频段干扰监视仪在2.3到2.5 GHz频段上的观测记录，图中最后一列是3月17日“羊毛打包房”测试期间的记录，其细节后文会谈到。（图片来源：Petroff et al. 2015）
需要特别说明的是，根据澳大利亚政府管理通信和媒体相关部门的规定，2.3到2.5 GHz是分配给固定与移动通信外加媒体广播的，工业、科研和医疗界都有工作在此频段上的设备，其中包括无处不在的无线网络以及微波炉等常见电器。鉴于Peryton只出现在工作日，又可能是来自Parkes望远镜周围的现象，合乎逻辑的推断就是，它是望远镜台址附近某些电子设备的产物，由于设备工作期间遭遇了电涌、故障或人工操作等原因而偶然产生了1.4 GHz的短时标信号，而平时它们并不会发出低频辐射。
对Parkes射电频段干扰监视仪记录的分析也表明，平日2.3到2.5 GHz高频段确实存在数以百计的信号，而并无相伴的1.4 GHz的Peryton。更加有趣的是，这些高频信号集中出现在工作日的白天，大抵分布在当地时间上午9时到下午5时之间，又以午后为多，怎么看怎么跟午餐时间略有重叠……
2015年1月18日到3月12日期间Parkes射电频段干扰监视仪记录下的2.3到2.5 GHz频段辐射尖峰信号时间分布的直方图。（图片来源：Petroff et al. 2015）
这样看来，神秘的Peryton应该可以归结为天文台某些电器的影响了。按说射电望远镜台址附近的无线电辐射是受到严格管制的，前面提到的无线网络或其他移动通信设备当然属于重点关照对象，不大会引发什么未知现象。调查表明，最有可能的罪魁就是Parkes望远镜附近工作在2.4 GHz频率上且使用频繁的3台微波炉了。实际上澳大利亚各射电天文台在进行2.4 GHz观测期间，微波炉的使用都要暂时停止，其他国家估计也都是差不多的，为的就是避免引入人为干扰。只是Peryton一开始表现为1.4 GHz的瞬变现象，极具欺骗性，如果没有射电频段干扰监视仪以及其他台站的帮助，它的真身还真不是那么好确定。
前述3台微波炉分别安置在射电望远镜下方的塔楼、游客中心以及俗名“羊毛打包房”的附属建筑中的员工厨房中，另外在天文台观测员宿舍区内还有两台，只是后者距离望远镜有1千米左右，不至于产生多大的影响。不过平时只会发出2.4 GHz高频辐射的微波炉如何才能产生低频的Peryton信号？为了明确这一点，论文作者组织进行了一系列的测试。首先在2月27日望远镜例行维护期间，附近的3台微波炉各以高低功率分别运转了10到60秒，加热一只装满水的瓷杯。此时望远镜直指天顶，所有13个波束的记录仪全开。第一组测试是用塔楼中的微波炉进行的，记录仪居然探测到了一个色散量345秒差距/立方厘米的Peryton。要知道塔楼的墙壁与窗户是做过完善的电磁屏蔽的，而且在望远镜主焦点处，天线也会阻挡朝向接收机的视线，因此这个事件很让人意外。后来发现，测试时“羊毛打包房”中的微波炉也在工作，它可能才是这次Peryton的来源。
Parkes望远镜外景。天线下方的塔楼中安置有一台微波炉。
因此作者在3月又安排了两次额外的测试。他们根据之前历次Peryton出现的方位，将望远镜分别对准了方位角130度，仰角65度附近的天区以及天顶附近，这两处是此类现象较为集中的区域。12日的测试没有看到任何Peryton；但17日微波炉的运转被炉门的提前开启而打断，于是望远镜看到了3个色散量合400秒差距/立方厘米左右的明亮Peryton，而这些Peryton发生的时间正对应打开炉门的时刻。后来使用游客中心微波炉进行的测试也证实了这一点，不过这次是提前打开炉门时只有一半的概率能产生Peryton。对存档数据分析表明，所有大色散量的Peryton出现时，员工厨房的微波炉也出现在Parkes望远镜的视场中；至于小色散量的那部分，就是游客中心与观测员宿舍区微波炉的贡献了，双模分布原来只是这样的……
另外一个值得注意的现象是1998年6月23日的Peryton簇群，16次事件在短短7分钟内以22秒左右的间隔依次发生，相当于已知Peryton总量的三分之一以上。根据色散量，它们应该源自员工厨房。但如此高频且规律的Peryton不太会是人工开关炉门的结果，更可能是使用者将功率调低，让微波炉内的磁控管功率以22秒为周期发生变化所致，这台微波炉的维修手册与针对磁控管的实际测量也证实了这一点。只是由于炉门在微波炉工作期间的屏蔽作用，测试期间作者没能再现这种集簇现象。鉴于这台微波炉在随后的17年里运行稳定，将簇群归为电器故障也不大可能。相反，这更有可能是当时的使用者一时疏忽，用金属餐具或铝箔来盛放被加热的食品，减弱炉门屏蔽效果导致的。不过出于安全考虑，这一假设还没能得到测试。
由此，Peryton这种困扰了研究者将近20年的现象得到了解释。根据测试，微波炉的磁控管才是元凶。在炉门被提前打开之时，磁控管辐射能的余波在短时间内外泄，造成了望远镜所见的辐射峰。这不禁让人又联想到clearskies介绍过的那次吸烟导致的恒星光谱乌龙事件，不过Peryton对研究者造成的困扰恐怕并没有光谱乌龙来得大，因为好几年前它基本上就被归结为大气之内的现象了。（嗯，如果说光谱乌龙一事说明吸烟有害科研，那么Peryton的起因则说明——急躁会干扰科研！Parkes天文台的员工难道都是如此急不可耐，不能等到微波炉工作结束再开启炉门吗？只不过是多等上几秒钟而已嘛！）根据Petroff et al. (2015)的介绍，“羊毛打包房”员工食堂里的微波炉使用了松下出品的2M210-M1型磁控管，至今仍可以买到，好事者不妨搞来做一下测试。但虽然Peryton成因已定，其扫频特征以及时间结构仍旧存在难以理解之处。只是有一点，磁控管属于高度非线性的电子元件，实际工作特性比较复杂，产生Peryton这样的现象并非不可能。不过本人在电路方面学识不多，还是对此不做太多评价了。
Peryton（紫色）与快速射电暴（蓝色）发生时间（左）和色散（右）分布的直方图。可见快速射电暴无论是在时间还是色散分布上都较前者均匀得多。（图片来源：Petroff et al. 2015）
对于天文学家来说，更重要的一个问题是：Peryton起源于人造信号，这个结论对新兴的快速射电暴研究有无影响？后者是否也属于人为导致？毕竟观测上这两种现象存在不少相似性。Petroff et al. (2015)的观点是，快速射电暴仍可以被认为是来自宇宙空间的。首先从发生时间上看，快速射电暴并不仅限于工作时间才会出现，而是更接近随机分布，其缺乏观测的时间段对应望远镜的维护而非休息日；同时它们（以及脉冲星之类不存在距离疑问的天体）的色散都严格遵循冷等离子体的二次色散定律，也并不存在莫名其妙的成团性；且部分快速射电暴的光变形态拥有宽度随波长呈Kolmogorov谱形态变化的散射尾（而非Peryton的对称式脉冲轮廓），可以归因为星际湍流碰撞致宽。至于FRB 010724，除色散量和瞬变特征之外，它其实与Peryton不具备太多共性。而且这次大色散量快速射电暴所出现的天区不存在员工厨房微波炉干扰的可能性，发生时间又是当地的清晨，游客中心也尚未开门迎客，因此应该是货真价实的深空现象。更重要的是，Peryton大抵是被接收机的所有波束同时观测到的，这要归结为望远镜并没有直接指向微波炉，只看到了弥漫的信号；而快速射电暴只出现在少数几个（FRB 010724是3个，其他色散更大的暴基本上是1个）波束中，说明这是正对点状暴源观测的结果，性质完全不同。
对于研究者而言，更加实际的问题是，在观测上如何能够将快速射电暴与Peryton准确区分开来？除了可以根据色散特征不同、接收机波束记录数量不同之外，另一个重要途径是2.3-2.5 GHz频段的协同观测，后者一定会伴有该频段上的同步信号，但前者不具备。（嗯，这一点是特别针对Parkes天文台的，其他台站未必适用。但鉴于2M210-M1型磁控管应用广泛，估计别处也是大差不差吧……其实Parkes是当代搜索快速射电暴最得力的地方，所以要说留心，这里也应该首当其冲地留心才是。）只是这样一来，试图统一两种现象的努力算是泡了汤，某些研究者这下子要欲哭无泪了……
注：本文即将发表于《天文爱好者》杂志2015年8月号，请勿转载。
