遠在228億公里外的旅行者1號, 是怎麼把訊號傳回地球的?

宇宙那麼大，人類的活動範圍卻非常小，迄今為止，人類去過最遠的地方就是月球，而月球與地球的平均距離只有38萬公里。當然了，人類還發射了各式各樣的探測器，如果將它們也算上，那人類的活動範圍就要大很多了。

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在人類已發射的眾多探測器中，距離地球最遠的

旅行者

1號無疑是最引人注目的，在1977年發射升空之後，旅行者1號連續利用了木星和土星的“引力彈弓”，大幅地提升了自己的飛行速度，在此之後，它就一直朝著宇宙深處飛行，到了2021年，旅行者1號已經飛到228億公里之外。

即使用光速前進，也需要20多個小時才能跑完228億公里，對於人類而言，這段距離可以說是非常遙遠的。令人稱奇的是，遠在228億公里外的旅行者1號，卻依然與地球保持著聯絡，所以問題就來了，它是怎麼把訊號傳回地球的呢？

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實際上，旅行者1號並沒有用什麼“黑科技”來進行通訊，它採用的其實就是普通的無線電通訊技術，簡單來講就是，它先將需要傳送的資訊調製成無線電訊號，然後把這些訊號直接傳回地球（中途沒有任何中繼器）。

旅行者1號的能量來自於自身攜帶的3塊鈽放射性同位素溫差發電機（即利用鈽放射性同位素的衰變獲取電能的“核電池”），其總功率為420瓦。

為了保證無線電訊號傳輸的成功率，旅行者1號的發射頻率選擇了無線電干擾極小的8GHz頻段，並配備了一個直徑達3。7米的“高增益天線”，它可以將訊號集中向某一個方向發射，從而大幅增加訊號傳輸的距離，而這也是人類在當時製造出的口徑最大的反射面天線。

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除此之外，旅行者1號還配有當時精度最高的陀螺儀，這可以幫助旅行者1號修正天線的方向，使其傳送訊號的方向始終對準地球。

雖然旅行者1號採用了當時最先進的無線電通訊裝置，但隨著距離的增加，無線電訊號的強度也會指數級地下降，時至今日，當旅行者1號發出的訊號到達地球時，其功率已經低至10^-22瓦（即一百萬億億分之一瓦）。

“想要接收到非常微弱的訊號，就必須要有直徑足夠大的天線，如果一個不夠的話，我們還可以建造很多個組合起來使用”，基於這種思路，NASA於20世紀60年代就開始建造深空網路（Deep Space Network， 簡稱DSN）。

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深空網路其實就是一大堆的天線，它們的靈敏度極高，“個頭”也很大，其中最大的天線可達70米，科學家將這些天線組合起來，就形成了一個非常強大的無線電通訊系統，即使旅行者1號已經飛到228億公里之外，深空網路照樣也可以接收到它傳回地球的訊號。

目前該系統分為三個站點，分別為“戈爾德斯通深空站”（Goldstone View）、“馬德里深空站”（Madrid View）以及“堪培拉深空站”（Canberra View）。

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如上圖所示，這三個站點在地球表面呈120度分佈（經度），這樣就可以避免因為地球的自轉而產生的“通訊盲區”，從而實現與宇宙深空中的探測器進行全天24小時的不間斷通訊。

近幾十年以來，科學家一直在使用新技術來提升深空網路的遠距離通訊能力，比如說用全息對齊技術來提高聚焦訊號的準確度、用新材料來增大天線的直徑、用更精密的面板來提高精度，又或者直接用更先進的天線來替換老舊的天線。

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儘管如此，深空網路也不可能一直與旅行者1號保持聯絡，我們完全可以推測出，隨著距離的增加，旅行者1號傳回地球的訊號將會越來越微弱，直到最終消失在宇宙的背景雜音之中。

另一方面來講，在飛行了44年之後，旅行者1號的“核電池”已經支撐不了多久了，科學家估計，旅行者1號的能量將在2025年消耗殆盡，在此之後，它就會徹底與地球斷開聯絡，從此在茫茫的宇宙空間中孤獨地漂泊。

好了，今天我們就先講到這裡，歡迎大家關注我們，我們下次再見。