诺奖得主的小爱好,成为寻找MH370的新希望
发布时间:2021-12-03
出品:科普中国
制作:慕云深
监制:中国科学院计算机网络信息中心

  不知不觉间,MH370航班消失在天际线已经七年多了。为了找到该航班,多个国家付出了巨大的努力,对大片的印度洋海域进行了搜寻和勘探工作,可惜随着时间的推移,找到线索的希望已经非常渺茫。

  今年5月,一位英国工程师理查德·戈弗雷提出了一种新方法来寻找MH370的可能路径和最终失事位置。但在当时,同行科学家都认为他所使用的原理并不能消除干扰因素,对他的研究方法存疑。然而经过近半年的打磨,戈弗雷信心满满地给出了改进版本的研究,声称自己已经“使用革命性的方法找到了MH370的最终位置”。

  那么,他到底使用了什么方法呢?

寻找原理:干扰激光的小游戏

  不知道大家是否玩过一款小游戏,在游戏中会随机出现很多激光束,玩家需要控制一名角色躲避激光并向前奔跑,如下图所示:

  

  图片来源:sftcdn.net

  如果角色触碰了激光,那么就会被探测器感知,角色就会暴露,游戏结束。

  工程师戈弗雷的方法与这个游戏的原理相似:观察一组从MH370可能出现的区域中经过的电磁波(相当于游戏中的“激光”),并确定它们当天的方向和路径。接下来,检测这些电磁波信号中出现的异常扰动,并依据被干扰的程度来确定这一扰动是否来自于一架飞机(相当于游戏中的“角色”),并确定这架飞机当时的位置。最后,根据已知的航空计划,排除掉当时空域里的其他飞机,剩下的就很有可能是失踪的MH370了。

  下图中就是该方法的示意图:

  

  图片来源:airlineratings.com

  红线代表的是已经确定的当天的电磁波路径,通过分析电磁波受干扰的程度,可以知道该条电磁波在何时何地受到了干扰,如果确定这一干扰是来自一架未知的飞行器,那么这很可能就是MH370航班。

  可是,游戏毕竟是游戏,现实生活中哪去找这样一组方向确定、有记录可查的电磁波呢?

  无巧不成书,在地球上还真有这样一套东西。

历史电磁波证据,来源于一位诺奖得主的灵感

  早在2008年,美国的约瑟夫·泰勒博士(无线电爱好者,天体物理学家,普林斯顿大学教授,脉冲双星的发现者,诺贝尔奖得主)提出了一个名为WSPR的无线电协议。简单理解,WSPR允许世界上的业余无线电爱好者采用弱信号通信的方式,确定彼此之间无线电的联通情况,以便选择最稳定、衰减最少的链路进行无线电通信。

  MH370失联前后的几个小时内,网站记录的数据是这样的:

  

  图片来源:mh370search.com

  戈弗雷工程师的方法,就是从这样一丛看不见的“绊线”中,分析出哪些线曾经被异常干扰所触动过。然后,要判断出该异常是否属于飞机带来的干扰,再然后排除掉其他已知的飞机,将剩下的节点与其他已知的分析方法(例如Inmarsat卫星定位)进行交叉比对,最终选出可信度高的MH370航班可能的位置。

  在最终报告中,戈弗雷工程师给出的结果如下,图中交叉的红蓝线上的小白圈就是推断的MH370最后位置:

  

  图片来源:戈弗雷1130日报告

  这一过程需要大量的分析和交叉比对工作。幸运的是,印度洋上空并不是航线繁忙的区域,到了夜里,航班数量更是不多。即便这样,从他的博客上可以看出,这位工程师在过去九个月里一直都在从事这项工作,最终结果在1130日发布,引发全球讨论。

那么,这项工作靠谱吗?

  首先,根据实验结果来看,这种通信协议的电磁波确实可以检测出有飞机经过。在下面的视频中,一架飞机穿过了一条与此类似的通信电磁波(左侧画面中,一架移动的飞机和一条线),对这条电磁波产生了散射干扰,使得本来不在通信线路上的接受者(左侧画面中的十字位置)也能听到电磁波中所携带的音乐。

  温馨提示:视频声音较嘈杂,建议调低音量观看。

 

 

视频来源:YouTube

  这说明飞机对这一类型的干扰足以达到可检测的强度。

  其次,为了验证有效性,戈弗雷开发了一套分析软件,称为GDTAAA。根据他个人网站中的记载,在将GDTAAA用于寻找MH370之前,戈弗雷将该软件在QF6036航班上尝试了一次。下图中,灰色路径是GDTAAA根据WSPR复原的线路,而红色是该航班的实际线路,看起来符合度还不错。

  

  图片来源:戈弗雷九月报告

  据说,戈弗雷还进行过几次“盲飞”测试,也就是请一些飞行员在不告知他具体飞行计划的前提下,自己飞一段,然后让戈弗雷用自己的方法推算出此次飞行的路线。

  在结果中,戈弗雷报告称盲飞测试都很准确,然后才继续将这一软件应用到MH370的路线计算上的。

  这么说来,该方法经过了实践的检验,我们就快要找到迷路的MH370航班了吗?

想法是美好的,但该方法仍有局限

  电磁波跑了大半个地球,到达MH370失踪附近的空域时,能量已经所剩无几了(因为接受到的功率与传播距离的平方成反比)。因此,很多因素都能够造成大幅的扰动,例如电磁波的多路径传播等现象。该方法的核心是“排除所有已知的飞机扰动,剩下的就有可能是MH370”,但仅仅是“有可能”,实际上,既无法证明“MH370一定会在这些位置产生扰动”,也无法证明“这些剩下的扰动一定来自MH370”

  另外,戈弗雷在得出结果的过程中,使用了根据残骸进行洋流模拟的结果,也颇有点“先射箭再画靶子”的嫌疑。除非戈弗雷在之后放出的详版报告里会给出关于所有扰动的详尽分析报告,否则他的发现很可能不会成为促使多国开展新一轮搜寻的决定性线索。

  无论结果为何,这次的报告让MH370航班再次回到了我们的视线,让我们再一次想念起还未回家的152位同胞。乌云终会散去,而谜题也必将解开。让我们静静守候,等待真相大白的那一天吧。

参考来源:

1.  戈弗雷报告原文:

https://www.dropbox.com/s/kvu3kpu7kpjvjin/GDTAAA%20WSPRnet%20MH370%20Analysis%20Preliminary%20Findings.pdf?dl=0

2.  戈弗雷九月和十月报告:

https://www.dropbox.com/s/wif8oqzgm74sdqv/GDTAAA%20V4%20MH370%2007MAR2014%201716%20UTC%20Paper.pdf?dl=0

https://www.dropbox.com/s/8ffiq3n6tqgh3aa/WSPRnet%20Propagation%20Technical%20Analysis%2009092021.pdf?dl=0

3.  WSPR官网:

http://www.wsprnet.org/

4.  约瑟夫·泰勒博士简介:

https://en.wikipedia.org/wiki/Joseph_Hooton_Taylor_Jr.

5.  戈弗雷工作介绍:

https://www.airlineratings.com/

6.  MH370搜寻者网:

https://www.mh370search.com/

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