邁入星空探險 傳輸數據、圖像至另一恆星 重力透鏡 實現跨星系通訊

編譯/韋士塔 |2021.04.24
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編譯/韋士塔

隨著科技進步,人類對太空的探索範圍將持續擴大,不僅限於太陽系;正如美國天文學家薩根(Carl Sagan)所說:「天空呼喚著我們。如果人類沒有自我毀滅,有朝一日終將邁入星空探險之路。」

科學家預期,人類最先派往太空的使者將是機器人探測器,且搭載人工智慧(AI)等先進技術,擁有自主判斷的能力。而在探索的過程中,資料的傳輸和通訊至關緊要,因為這能讓地球上的科學家在第一時間掌握探索的進展。

外太空星球與地球的距離非常遙遠,資料傳輸或通訊並不容易。目前,太陽系中的太空探測器或是前往太空的太空人,都依靠「深空網路」(DSN)通訊。深空網路通訊系統由美國太空總署(NASA)打造,在美國內華達州莫哈維沙漠、西班牙馬德里附近與澳洲坎培拉近郊,分別建置1個直徑65公尺的碟形無線電天線,組成通訊系統。

這種系統使用無線電信號,能以相對較低的功率發送大量數據,適合星際通信。不過,無線電波的波長較長,不易聚焦在同一個方向,不像雷射光束能對準特定的恆星。

美國外星智慧搜尋機構(SETI)天文學家馬孔(Claudio Maccone)指出,無線電波的訊號強度會隨著距離減弱,未來如果要向其他星系發送探測信號,或者接收從外太空遙遠地區傳回的數據,必須建立一個具備跨星系通訊能力,甚至足以涵蓋整個銀河系的網際網路。

目前這個領域的技術尚未成熟,雖可把強力的無線電信號傳輸到太空,但這些信號的強度在超過特定距離後就變得很微弱。現在的技術水準只能增加天線口徑,盡量維持功率;即使如此,這些無線電訊號在發送到幾個光年之外後就難以辨識,無法傳送至其他恆星附近。

為了增強無線電信號的功率,研究人員正在開發多種解決方案,例如使用聚焦雷射光作為無線電波的傳輸媒介;另外一個新的方案,則是使用重力透鏡(gravitational lens)原理匯聚無線電波。

重力透鏡效應是指光線行經重力場受到偏折,猶如通過透鏡一般的現象;重力透鏡能匯聚遠方星光,讓我們觀察到原本無法到達地球的星光。此效應也能用於聚焦無線電波,無線電波經過大質量天體(如恆星)附近的重力場時,電磁波行進路線會遭到扭曲,產生集中功率的效果,增加無線電波傳輸距離。

目前,研究人員已計算太陽和附近的恆星(例如半人馬座Alpha和巴納德星)之間的重力場進行計算,運用重力透鏡效應技術,傳輸速率可達千比特(kilobits)/秒,大約與過去的撥號數據機速度相當。這種效率雖然與目前的超高速寬頻網路無法相比,但已足以把數據、圖像傳送到另一顆恆星。

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