本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。
自人類太空探索取得初步成效以來,關於系外星系的奧秘成為了科學家研究的重中之重,毫無疑問,我們的腦海中一直一個巨大的謎團:外星人是否存在?其實人類一直在朝著這個方向探索,期待能夠捕捉到關於系外生命的些許信息,但是仍未有所獲。那麼一旦有一天我們真的收到了外星人或者星際探測器的訊息,我們又要如何接收呢?
光帆計劃
實際上,地球上的科學家已經提出了一個計劃,那就是在幾十年後,將一艘光帆船送到鄰近的半人馬座阿爾法星系。使用光帆和定雷射陣列加速到20%的光速。只要有了這個速度,我們的探測器就可以在短短20年內前往半人馬座阿爾法星並研究那裡的任何系外行星,從而實現我們有生之年探索星際的夢想。
當然,這項計劃面臨著許多挑戰,比如要如何將數據傳回地球。在最近的一項研究中,科學家帕金分析了利用雷射將數據傳回地球的可能性。帕金認為,這種方法是人類探索太陽系之外事物的最有效途徑。帕金博士曾計算出一個集成的帆和太空飛行器的最佳配置。為此,他考慮了在直徑4.1米的星際帆船上安裝一個緊密光束雷射發射器的可能性,一旦它到達半人馬座阿爾法星,它將開始向地球上30米的望遠鏡發射雷射。
這種陣列將採用100瓦的光學相控陣的形式,利用雷射從星際介質(ISM)轉換能量。帕金博士設想,陣列將以1.02微米的波長傳輸數據,然後由望遠鏡以1.25微米的波長接收數據。與依賴無線電波或微波傳輸的通信相比,這種下行鏈路具有許多優點。相對於微波,雷射的波長短了一千倍,因此形成了一個從半人馬座阿爾法星到地球的更緊密的光束,而整個帆船區域傳輸100瓦的優勢在於,地球上的接收器望遠鏡已經縮小到30米,這種情況很可能在未來一兩年內就會實現。
而且在同樣的時間內,濾波器和探測器的改進能夠使米級望遠鏡陣列協同工作,接收來自太空飛行器的信號。然而,這種通信系統也有其缺點,其中一個直接關係到它的緊束特性。基本上,為了接收數據,陣列必須精確地指向地球。如果帆船能感應到星際介質的相對方向,那麼它就會指向地球。
派金博士表示,用直接下行鏈路發送多個太空飛行器的另一個好處是它們之間存在交聯的可能性。如果這樣做,就可以與地球的連接成為一條自己的數據管道,不僅可以降低丟失基本數據的風險,並允許已經通過半人馬座阿爾法系統的帆船將信息傳遞給仍在航行途中的船隻。
挑戰
不過我們和最近的恆星長達4.24光年的巨大距離仍然是一個難題,如此遠的距離必然導致傳輸的困難,因此地球上必須有一個大接收器。而且我們可能沒有機會實時向太空飛行器發送指令,因為光信號的最短雙向行程需要8.48年。
最後,要實現這裡描述的帆船的全部配備可能需要100年的時間,甚至更久,我們面臨的是我們這個時代難以想像的挑戰!