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一把扫帚几圈铜丝,我和卫星“通上了话”

2020 年疫情刚起来那会儿,真的憋得太无聊了,我和先生就开始想,在家里还能做点什么好呢? 我俩都是业余无线电…

2020 年疫情刚起来那会儿,真的憋得太无聊了,我和先生就开始想,在家里还能做点什么好呢?

我俩都是业余无线电爱好者。起初是我先生喜欢,我跟着他学。我们用的是 Software Defined Radio (SDR 软件无线电),一个很小的, USB 一样的设备。 SDR 在无线电领域是颠覆性的技术。以往要接收不同的频率,对硬件要求不尽相同。现在可以用软件去解调接收频率,就一下打开了很多可能性。

也就是在摆弄这些玩意儿的过程中,误打误撞, 我们发现可以用无线电“捉卫星”。

一把扫帚几圈铜丝,我和卫星“通上了话”插图

NOAA 1961年绘制的 TIORS 气象卫星示意图 | 来源:NOAA

捉卫星

这里的卫星,指的是美国国家海洋和大气管理局(NOAA)自上世纪 60 年代开始,陆续发射的一系列气象卫星。一旦发射后, 因为无法像地表上的设备那样升级,在地外轨道的它们冻结在自己的技术时间里。如今,当中有许多已经不再具备实际功能,但它们仍绕着地球一圈圈飞行,并使用古老的广播信号技术,持续不断向地面传输信息。

当它们经过你的上空,会发生几件事: 卫星携带的摄像机扫描地球表面,拍摄图像——图像信息被转译成电子信号,即刻传回地面——地面站接受信号,将每个哔哔声转换为一行像素,拼成一张完整的云图。

如果能接收到这些信号,你就能拼出一张独一无二的,展现出此时此地大气状态的图片。

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2019 年夏季北极野火频发,NOAA 的气象卫星捕捉到实时影像,图中红黄色的亮点为火灾发生地 | 来源:NOAA

卡片刘昕接收的 NOAA 15-19 是 TIROS 系列气象卫星的一部分。它们约每 101 分钟绕两极运行一次,每天环绕地球约 14 圈,提供两次的全球覆盖。它们通过一片天空最久需约 16 分钟,这段时间内,一个地面站可以接收到沿其路径约 5800 公里的图像。

一开始就是觉得有趣,我们跟着网上的教程,别人买啥就跟着买啥——喜欢“捉卫星”的人们在网上形成了一个骇客社群,热衷分享各种设备和方法。

设备要求并不高。网上可以买到完整的工具包,但 疫情似乎加强了人们与外界建立联络的愿望,设备一度断货。那时候疫情正盛,我们也不希望接触太多物流包裹,就用家里现有的器材“凑合”了一下,比如天线,就是用一个 MUJI 扫帚绑上铜线做的。

可以追踪卫星位置的软件有很多选择,我们用的是一个叫 Predict 的 python 程序,来获知这些卫星什么时候会出现,以及从哪个方位出现。

卫星的信号出现后,你就手持天线,对准那个位置,跟着它移动的轨迹划动。一颗卫星完整地从天际线的一边划到另一边,大概需要十分钟。

每一次卫星划过,它的起降位置是不一样的,也不一定是正上空。它可能始终处于一个离你很远的斜角, 你要有一个很模糊的估计,用扫帚天线去追随一个宇宙中看不见的东西

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刘昕拿着自制的天线寻找卫星的位置 | 来源:受访者供图

听到的每一声哔哔,都会在电脑上实时生成一行图片信息。

尽管我始终仰着脖子,眼睛盯着天空,但真正帮助我确认目标位置的还是声音。我要非常认真地去听信号,通过声音强弱判断角度有没有偏差。逐渐地,我掌握了一些经验,当那个哔哔声比较明亮清脆的时候,很明显信号最强;一旦信号开始有一些杂音和噪音,就知道是偏离了。

第一次“捉卫星”的尝试,接收的图像并不太好。时间上有一点晚,而且我没意识到卫星移动的速度还蛮快的,动不动就错过了。一片混乱下,收到了一些信息,但有很多杂音,图也没有出现,大部分都是一片漆黑。

大概五六次之后才熟练起来。

那信号好比守时的敲钟人,每 60 到 90 分钟就会出现一次,咣咣撞响我的脑壳……它们高悬在距地 300 到 2000 千米的轨道,用一场足球赛的时间绕地球运行一圈。

——《大音》,陈楸帆受刘昕的项目启发写作的短篇小说

做一个“捉卫星”的人,我觉得最难之处,反而不是在硬件或是技术,而是耐心。如今的人们是没有什么耐心的—— 如果说一件事情要发生,我们恨不得立刻就得到反馈,一按播放键就开始。

捉卫星,很多时候都要看天气、看时间。你面对的情况非常随机,可能是晚上,或大清早的某一个时刻。你要提前安排好,有时要爬到屋顶,甚至开车去海边,为了一个更好的视野。

虽然卫星划过只用十分钟,但每次接收,我们都需要爬上爬下,搭建并调整设备,前后加起来得要 40 分钟。 这就像写一封信,要去邮局,贴邮票,放到信封里,再寄出去,身体力行的过程其实是最难的。因为生活中很容易被一些七七八八的事情影响,心里就会想:还要跑上去,好麻烦。

但对于如今的人们,在电脑或手机前一待几个小时,大家反而会觉得很简单。

我们跟物理世界的关系在慢慢地发生变化。 什么比较辛苦?什么比较简单?标准发生了变化。40 分钟,消耗在社交媒体上转瞬即逝,但要叮叮哐哐地跑到自家屋顶上做这样一件事,就常会犯懒、不想干。

后来,我跟香港的 M+ 博物馆合作,做了一个叫《地表之下 别无他物》的项目,“捉卫星”的网页版。每当卫星从香港上空划过,放置在香港的天线就会实时地将信号展现在网站上。但如果此时正好没有卫星经过,页面上就是一个倒计时,你需要等。

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倒计时 | 来源:《地表之下 别无他物》项目网站

结果,收到很多反馈,说:能不能放个重播?可以快进加速。 我心想,你都不需要爬到屋顶,在电脑前等一等都没那个耐心了么?

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此时一颗卫星正从香港上空划过 | 来源:《地表之下 别无他物》项目网站

被闪电蹭了一下

《地表之下 别无他物》的项目是疫情期间启动的,去香港很困难,所以找了当地的业余无线电爱好者协会 HARTS 来搭建这个天线。

在他们的帮助下,我能使用的设备变得更加专业了。我之前在纽约用的是很简单的 Inverted vee antenna,一个 V 型的天线;在香港用的则是 Quadrifilar helicoidal (QFH) antenna,螺旋式的。 V 型的话,相当于只有 V 的内角部分可以接收到信号,所以我拿着的时候还要一直跟着卫星跑。螺旋式的接收范围就大得多,不需要人为控制方向,省了不少力气。

最早的版本还要更简单,就是一根棍子。很多人在老式电视机或者车子上都见过,一根很有弹性的杆子,就是那样的。

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螺旋天线 | 来源:受访者供图

对一开始去尝试“捉卫星”的人,我比较推荐从正上空划过的类型开始。这样早期成功率比较高,可以鼓励你继续做下去。尽量找一个开阔的屋顶,或者去海边。

因为早期的失败情绪很容易积累,让人想放弃。我也有过。

云图让人们从鸟瞰的尺度,掌握特定时间的天气状况,也同时展现出外界的干扰和设备的误差。 因此具体的位置很重要,一棵树、几栋楼的遮挡都会有很大影响。

一开始,我家院子里就收不到,位置太低了。挫败感让我都不太想弄了。还是后来房东说,你们可以去屋顶再试一下,发现效果果然好很多。

但在呈现出图像的时候,这种误差有时反而变得有趣起来。有张图片我记忆特别深刻:当时是在海边接收,图像本身的效果很好,但独独有一块儿就感觉像被“蹭”了一下。其实接收并没有出现问题,但当天电闪雷鸣。我们想,那个被“蹭”了一下的部分,应该是闪电造成的,因为也是电磁波。

这就挺奇妙的,感觉是闪电在里面留下了自己的足迹。

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图像从上至下三分之一的地方,有一道被干扰的波纹 | 来源:受访者供图

还有几张是比较明显的,接收得不太好,数据出现了一些误差,比如这张 2020 年 7 月的。

来源:受访者供图

但做展览的时候发现,有些观众倒更喜欢这些早期的图像。可能因为看上去比较混乱,没有那么清晰。在纽约的时候,我前后至少尝试了十来次捉卫星, 到后期,越来越熟练之后,图像反而变得雷同了。

我也尝试做过一些更加艺术化的呈现,自己用 Java 写了一个程序,对收到的信号数据进行处理,显示出信号从上往下跌落的效果。

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2021 年,刘昕个展《寰宇之下》现场 | 来源:受访者供图

穿过坚固之物

无线电技术非常吸引我的地方,是 它把一些常被认为坚固、不可触摸的庞大系统,打开到我们这些普通的业余爱好者也可以接触到的领域。

我们就在自家窗台上搭建了一个接收这些信息的“地面站”。 整个纽约市,一直到甚至另一个省,所有的飞机起降信息都被投影到我们家一个小小的电视机上。

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电视机屏幕上显示了刘昕住处周边的航班起落信息 | 来源:受访者供图

当时只是觉得很好玩。直到有一次,我们在家里开 party,把这个实时画面投到了卧室墙上,有个朋友就看到了。

他是当地一个非营利组织的成员,叫 Public Lab。他们有一些关于环境的项目,比如用热气球飞一个简易的相机,去看有没有人偷偷砍树。

那年美国发生了一个很重大的环境事件。石油公司要去开发北达科他州一个叫 Standing Rock 的地块,本地的原住民就发起了抗议。抗议闹得非常大,持续很久,好几个月。期间,出现了一个问题,就是他们常会被一些小飞机骚扰。

那种六人座的小飞机,飞得很低,跑到抗议者集结的营地旁边,发出巨大的声音,有时甚至会喷洒不明液体,很吓人。但又飞得很快,他们也没法知道这些飞机是哪里来的。

朋友看到我家的装置之后,就问我们能不能帮 Standing Rock 的人做一个类似的系统,来调查那些飞机到底是哪里来的。 结果,通过一台电脑、一个 20 美元的软件无线电和几圈金属线,我们真的拿到了这些飞机的信息。

最终,通过这些数据和美国信息自由法(FOIA),本地居民得以将这些骚扰者告上法庭,追究他们的责任。

无论飞机或卫星,直到现在,很多信息基建仍在用无线电进行数据传输。它们很庞大,至关重要, 却也正因为这种庞大,导致相对而言更新换代的速度也比较慢。这些大型物体之间,像 FM 广播一样不断喊话,如果你能“听”到,就有了进入一些大型系统的通道——这在如今的光纤、5G 技术下是很难想象的。 或许无线电听起来很陈旧,但“陈旧”反而带来了开放的可能。

人类世开始了

如果说在纽约的尝试还只是处于对无线电的爱好,当我开始跟 M+ 合作网站的时候,就从早期的实验进入到一个创作的过程。

这个过程当中,我开始对轨道摄影的历史,对于地球作为一张图片是如何被生成的,变得很感兴趣。

对绝大多数人来说,地球意味着经典的蓝色星球照片—— 比如 1968 年,“阿波罗 8 号”宇航员从月球拍摄的《地出》。 除了宇航员,很少有人真正地这样看过地球。

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《地出》| 来源:Wikimedia Commons

我们通过图像来认识自己所生活的星球。 而这些为了观测气象而被发射上天的卫星,在提供这些早期视角的过程中,扮演了非常重要的角色。

当我去做捉卫星这样一个小实验的时候,就很自然地开始看这些气象卫星的历史,以及这些图像返回之后,对地表上的政治还有人文所产生的影响。它关乎到卫星技术的历史,也关乎气候学、天气控制,比如一个国家如何去了解自己的天气,改变自己的天气。

地球的整体第一次被我们看到时,人类世开始了。

—— 《地表之下 别无他物》网页

而从个人角度,我也好奇是否能同这些退役卫星建立的一种更加情绪化和私人的联系。过去的作品中,我还曾把自己的智齿,把土豆的种子送上太空(高度 160 到 2000 公里的近地轨道)。

一颗智齿,一颗土豆,一颗退役的卫星,这样的尺度是让我可以有联系的、可以想象的。 他们都小小的,飘在那里,代表一种庞大的历史,却又是很小的一个载荷。

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在这个装置中,土豆种子在近地轨道上生活了 30 天。| 来源:受访者供图

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作者: 小蜗牛

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