代表人类离开太阳系的旅行者号,人类为什么能接收到它的信号?

原标题:代表人类离开太阳系的旅行者号,人类为什么能接收到它的信号?

众所周知,旅行者号离我们很远很远,距离超过200亿公里,那它是怎么能发出这么强的信号让我们接收呢?而在它上市20多年后,它又怎么能有这样的能力呢?

代表人类离开太阳系的旅行者号,人类为什么能接收到它的信号?

其实我们可以把问题反过来想,而不是问旅行者如何能发出足够强的信号,而是问地球如何能接收到如此微弱的信号,因为离开旅行者号的信号只有普通手机信号的6倍左右。当它到达地球时,它会变得越来越弱。因此为了接收到较弱的信号,我们必须使用强大的信号塔来接收,这就要讲到深空网络(DSN)。

深空网络(Deep Space Network, DSN),由美国国家航空航天局(NASA)建立和维持,由位于加利福尼亚、西班牙和澳大利亚的天线点组成(每个天线点相距120度,以便覆盖整个地球)。现在已经成为了美国国家航空航天局喷气推进实验室(JPL)的一部分。在这些地方有巨大的碟形天线,直径从85英尺到230英尺不等。天线是抛物线形的(碗状的)——这意味着它们被设计成每一个击中它们的信号都会从曲线上反射到它们组合的中心,从而使信号更强。简单来讲,它是一个支持星际任务、无线电通信以及利用射电天文学观察探测太阳系和宇宙的国际天线网络,这个网络同样也支持某些特定的地球轨道任务,它是地球上最大也是最敏感的科学研究用途的通信系统。

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这些巨大的天线会设法接收到最微弱的信号,当时间到了2025年时,旅行者号的电力供应会很弱。旅行者号的动力来自放射性衰变产生的热量,当它离开地球时,这个系统的输出功率约为450瓦,但是到今天它已经降到了250瓦以下。

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当旅行者号从其指向地球的高增益天线发射信号时,信号功率约为19瓦,但随着它以光速飞行约16小时到达地球,信号功率变得越来越弱。当它击中其中一个DSN天线时,它的功率约为10E-16瓦。幸运的是,旅行者号以非常高的频率进行传输,这并不常用于陆地目的,因此信号不会在手机、电视和GPS等设备的干扰中丢失。

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不幸的是,DSN资金不足,而且大部分设备都很旧,因此有时会发生中断,我们会丢失数据。即便是轻微地振动也足以使我们失去信号。

旅行者1号和2号都有一个巨大的无线电天线,它不断地指向地球,与地面控制系统保持着连续的数据连接,由于无线电波的移动速度与光速非常接近,一个信号从旅行者1号到达地球需要20个小时。这两艘航行者飞船使用大型定向天线,这有助于将输出功率和接收能力集中在狭窄的区域内。全向天线在任何地方都能发射,所以离你越远,接收天线的功率就越小。但是对于定向天线来说,损耗只取决于它的方向性有多好,以及其间散射或吸收了多少。在这种情况下,旅行者能够以23瓦的功率传输1.4kbps的惊人距离。就规模而言,一部手机通常为2-3瓦,而一个典型的调频广播电台通常以千瓦为单位。

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不过,与我们手机不同的是,旅行者1号和2号使用的是核电池,在1977年发射升空后,预计在2023年至2025年之间的某个时候,它们将耗尽足够的电力来维持探测器的功能。

代表人类离开太阳系的旅行者号,人类为什么能接收到它的信号?

旅行者号的动力来自RTGs,无线电同位素热电发电机。其中的放射性物质(钚)是用来制造热量的,热量在一个类似于珀尔帖的系统中转化为电能。随着这些RTG的退化,它们产生的能量越来越少,随着时间的推移,必须关闭飞船上的系统,才能使其继续运行。当飞船将到达一个无法再进行科学研究或无法控制其方向的时候,它将迷失方向。据估计,这种情况将在2025年左右发生。

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