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远在216亿公里外的旅行者1号如何把信号传回地球?

时间:2019-07-09 07:13 来源:菜叶 作者: 菜叶

于1977年离开地球的旅行者1号至今还是距离地球最远的人造物体,它现在远在216亿公里之外,相当于地球和太阳距离的144倍。虽然旅行者1号无法利用太阳能供电,但其携带的核发电机一直工作至今,所以这个探测器还有电力与地球保持通信。不过,旅行者1号离地球非常遥远,它是如何把信号传送回地球上,而地球上的科学家又是如何把信号传送给旅行者1号的呢?

旅行者1号和地球的通信基于无线电波,信号会以光速在空间中传播。地球上想要接收到旅行者1号的有效信号非常困难,因为无线电信号的强度遵循距离的平方反比定律,这意味着信号经过长距离的传播之后,其强度会大幅度减弱。

远在216亿公里外的旅行者1号如何把信号传回地球?

 

据估计,当旅行者1号发射的信号到达地球时,其强度只有发射时的100万亿亿分之一。再加上旅行者1号的信号发射机的功率非常低,仅为20瓦左右,所以地球上所能接收到的信号极度微弱。

为了使得通信可以正常进行,在旅行者1号设计之初,科学家就特别对它的通信能力进行了增强。它的主体包含一个巨大的高增益天线,这是一个直径可达3.7米的抛物面天线。同时,姿态控制系统使得天线可以一直对准地球。

在地球上,美国宇航局(NASA)还在全球三个地方建造了三座深空网络(DSN)测控站。有了强大的深空网络,科学家在地球上可以接收到旅行者1号传回的无线电信号,也可以给旅行者1号发送指令。在2017年,NASA向旅行者1号发送指令,成功启动了四个轨道修正推进器。

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深空网络

不过,旅行者1号把数据传输回地球的速率非常慢,每秒仅为160比特。而上行指令的速率更慢,只有下行速率的十分之一,即16比特/秒。

另外,由于距离非常遥远,旅行者1号发射出的无线电波需要大约20小时才能传播到地球上,反过来也是如此。再过几年,耗尽电能的旅行者1号将会彻底失联,它会作为人类无声的信使不断在星际空间中穿行。

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旅行者号镀金唱片

未来将会飞出太阳系的旅行者1号携带着镀金唱片,上面记载着人类和地球的信息,有些人对此表示担忧。但这种担心应该是多余的,因为宇宙空间实在太大了,旅行者1号在宇宙中非常不起眼,它被宇宙中可能存在的外星文明发现的概率极低。

就算旅行者1号有威胁,但它的速度并不快,它还要经过上万年的时间才会离开太阳系,所以人类在未来完全有能力把旅行者1号捕捉回来。但在大概率上,旅行者1号是不会回来了,它很有可能会像太阳以及其他恒星一样,不断环绕银河系中心运动。

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