Soru:
Radyo sinyali galaksiler arası boşlukta dolaşırken bozulur mu?
Kestas
2013-11-29 02:23:04 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Radyo sinyalini verdiğinizde, ışık hızında hareket etmeye başlar. Telsiz ışını, sinyalin gittiği her kilometrede yayılıyor. Yakındaki alıcıya sinyal güçlü. Ancak alıcı çok uzaktaysa, sinyal gürültü haline gelene kadar zayıflayacak ve zayıflayacaktır. Öyleyse soru, derin uzayda da aynı şey oluyor mu ve radyo sinyali (veya herhangi bir elektromanyetik dalga frekansı) gürültü haline gelene kadar hangi mesafeye gidebilir?

Iki yanıtlar:
#1
+8
ChrisF
2013-11-29 04:14:03 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Normal bir radyo vericisi olan bir nokta kaynağından gelen tüm elektromanyetik radyasyon, ters kare yasasına göre yayılır, bu da sinyalin yoğunluğunun uzaklığın karesiyle ters orantılı olduğu anlamına gelir. Bu, dünyada ve derin uzayda eşit olarak gerçekleşir.

Yani bu, herhangi bir sinyal için evrenin arka plan gürültüsünden ayırt edilemeyecek bir mesafe olacağı anlamına gelir. Ancak bu mesafe, sinyalin başlangıçtaki gücüne bağlı olacaktır.

#2
+8
Moriarty
2013-11-30 09:23:32 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Dikkate alınması gereken ilk şey, bir ışının alanının uzun mesafelerde dağılacağıdır. Umabileceğimiz en iyi durum, kırınımla sınırlı bir sistemdir, burada bu difüzyon en aza indirilir ve böylece alınan sinyalimiz maksimize edilir. Yani teoride, ne uzaklaşan ne de yakınsayan, mükemmel bir şekilde koşutlanmış iletim ışınına sahibiz.

Pratikte, kırınımla hala sınırlıyız. Kırınım sınırlı bir sistem, açısal çözünürlüğü $ \ belirleyen

$$ \ sin \ theta = \ frac {1.22 \ lambda} {D}, $$

formülüyle tanımlanır $ \ lambda $ dalga boyu ve $ D $ çapında dairesel bir açıklık cinsinden theta $. Buna Rayleigh kriteri denir. Bu durumda, açısal çözünürlüğün tanımı, iki noktalı kaynağın birbirinden ayırt edilebildiği zamandır, burada bir kaynağın havadar disk modelinin ana maksimumu diğerinin ilk minimumuyla çakışır. 1,22 $ 'lık görünüşte keyfi sabitle sonuçlanan bu tanımdır.

Genellikle kırınmanın bir sinyal alma açısından uygulanabilir olduğunu düşünüyoruz - örneğin, bir uzay teleskopunun genellikle kırınımla sınırlı bir optik sistemi olacaktır. . Ancak, bir sinyal alsak da göndersek de aynı kanunlar geçerlidir. Optik yol aynıdır. Her şey tersine!

Yan not: Bunun yerine bir görüntüyü uzaya yansıtırsak, görüntüyü kabul edilebilir bir şekilde çözmek için bir alıcının açısal bir çözünürlük projeksiyona eşit veya projeksiyondan daha büyük. Bu, aşağıda tartışılan sinyal-gürültü performansına ek olarak bir uzaysal çözünürlük kriteri içerir.

Gerçek hayattan bir örnek vermek için, bir radyo sinyalini ele alalım. Uzak bir alıcı, FM radyodan farklı olmayan bir frekans modülasyonlu sinyal alacağından, açısal çözünürlükle ilgilenmiyoruz. "Görüntünün" bulanık olması veya orijinal olarak iletilen ışının bazı alanlarının alıcımızı tamamen gözden kaçırması umurumuzda değil. İlgilendiğimiz tek şey, frekansın zaman içindeki modülasyonudur - bu tek boyutlu bir sinyaldir.

Bu durumda, alıcı gürültü sınırlı bir sistemdir. Bu NASA raporu, yıldızlararası iletişimin gerçekçi bir uygulamasının üstesinden gelmesi gereken bazı sınırlamaları ana hatlarıyla açıklıyor. Kuantum gürültüsünün sınırlı olduğu bir sistem durumunda bile, bize sunulan sınırlamalardan en iyisini yapabiliriz.

Sinyal-gürültü oranı bir değerin üzerindeyse kabul edilebilir eşik daha sonra sinyal iyi alınacaktır. Gerçekten sadece büyüklük sırasına göre bir tahminin mümkün olduğunu düşünmek için pek çok faktör vardır. Belirli bir sistemin gürültü seviyelerini kendime iyi bir şekilde tahmin edecek kadar bu konuda yeterince bilgim yok.

Project Cyclops (1971), dünya dışı zeka arayışının fizibilitesi. Örneğin, 41. sayfada, 2,4 GHz Arecibo mesajını alan bir alıcının minimum gürültü sıcaklığının yaklaşık 4K olduğunu görebiliriz - buradaki gürültüye en büyük katkı SPK. Bu büyüklük sırasındaki frekanslar genellikle mümkün olan en iyi gürültü performansını sağlayacaktır - çok yüksek ve kuantum gürültüsü ve atmosferik etkiler önemli hale gelir. Çok düşük ve galaktik gürültü hakim oluyor.

Bu gürültü sıcaklığı sinyal için bir gürültü tabanı sağlar. Alıcı genellikle onlarca veya yüzlerce Kelvin düzeyinde önemli bir gürültü sıcaklığı ortaya çıkarır, bu nedenle yıldızlararası iletişim üzerindeki herhangi bir pratik sınırlama, ekipmanımızın bir işlevi olma eğilimindedir.

Arecibo mesajı iyi bir frekansta yayınlanmış olsa da, çok uzun mesafeli iletişim genlik modülasyonu, daha zayıf bir sinyal gücünü telafi etmek için darbe süresini ve aralığını artırmak kolay olduğundan frekans modülasyonundan daha üstündür.

Okumaya değer Cyclops raporunun 50. sayfasındaki bu tablo, 10 ^ 5 ~ \ mathrm {W} $ iletim gücüne sahip tek bir 100 ~ \ mathrm {m} $ verici / alıcı kombinasyonunun 500 ışıkyılı uzaklıkta çalışır.

enter image description here

Daha büyük vericiler ve alıcılar inşa etmek, maksimum iletişim mesafesini artıracaktır. Böylece iletim gücü, darbe süresi ve darbe aralığı artacaktır. Mevcut teknoloji, onlarca veya yüzlerce ışıkyılı boyunca iletişim kurmamıza izin verebilir. Daha fazla iletişim kurmak için daha büyük bir şey oluşturun . Fizik yasaları, iletişim kurabileceğimiz mesafeye birkaç sınır koyar.



Bu Soru-Cevap, otomatik olarak İngilizce dilinden çevrilmiştir.Orijinal içerik, dağıtıldığı cc by-sa 3.0 lisansı için teşekkür ettiğimiz stackexchange'ta mevcuttur.
Loading...