人类从诞生伊始就是个“不安分”的种族,对各种事物无限的好奇心让人类极具探索精神。得益于对世界的好奇和对未知的探索,人类从几十万年前走出非洲后,很快就在世界各地生根发芽,正式登上“地球霸主”的宝座。

几十万年后,人类凭借着聪慧的大脑创造了语言文字,文明之火第一次在这颗蓝色星球燃起。几千年后,机器的轰鸣声冲上云霄,人类的生产力有了飞跃式的发展,文明再次进入新的纪元。
在飞速发展的科技水平帮助下,许多之前可望而不可及的梦想变成了现实,比如像鸟一样翱翔蓝天、像鱼一样潜入海底,甚至是触摸夜空中的星辰。

上个世纪60年代,阿波罗11号携带着阿姆斯特朗等人类宇航员降落在月球表面,这是人类第一次踏上地球之外的天体,代表着人类已经将“宇宙文明”的大门推开了一丝缝隙,虽然仅是一丝缝隙,但是从这缝隙中所窥见的“美景”,已经足够让人类热血澎湃心弛神往。
随着时间的流逝,激动的心情也慢慢平静下来,就在此时人类发现了一个细思极恐的实事:宇宙太“安静”了。

按照科学家的推测,广袤的宇宙中像地球这样的行星比地球上的沙子还要多,所以理论上宇宙中的外星文明应该是很多很“热闹”的,但是现实为什么却是如此的“安静”?他们究竟在哪?
为了寻找宇宙中可能存在的外星文明,人类做了诸多的努力,比如发射各种频率的电波、探测器等等,而这其中最有名的就是1977年9月5日发射的“旅行者一号”和“旅行者二号”两个探测器。

因为这两个探测器不仅担负着去更深的宇宙空间中寻找外星文明的使命,同时还有着重要的科考任务,比如拍摄沿途的行星照片,并把这些照片传回地球。也正是得益于这两个探测器,人类才在1989年8月25日第一次知道了海王星的颜色。
截止2019年10月23日,旅行者一号已经飞到了距离地球大约217亿公里的位置,而这也让许多人产生了一个疑惑:旅行者一号距离地球217亿公里,并且通信功率只有23瓦,那它的数据究竟是怎么样传回地球的呢?

其实有这样的想法很正常,要知道旅行者一号和二号两个探测器,都是采用钚放射性同位素温差发电机来作为它们的动力来源,可提供的总动力大约在420瓦,其中通信设备的功率仅仅是20瓦,也就相当于现在手机快充的功率。
更主要的是,因为旅行者一号目前距离地球极远,足足有217亿公里,如果将这段距离换算成光年,那么相当于0.00229光年,通讯时差达到了20.06小时。这也就意味着,如果旅行者一号此时发射一段信号,那么在20.06小时之后地球上的天线才能将这段信号接收到。

所以,旅行者一号和地球控制中心的信号传输确实是有难度的,但是并没有许多人想象中那么的难,这其中也并没有运用什么黑科技,使用到的仅仅是人们熟悉的、普通的无线电通讯技术。
旅行者一号所需要做的,就是将需要传输的声音、图像或者数据,转换成无线电信号,然后传输给地球的控制中心。

当然了,虽然这个传输过程并没有人们想的那么复杂和困难,但是仍然谈不上容易。我们都知道无线电信号的强度会随着传输距离而不断的衰减,所以当旅行者一号的信号传输到地球被接收到时,强度只有最开始的一百万亿亿分之一左右,差不多是10ˇ-22瓦。
不仅仅是信号强度衰减得厉害,传输的速度也是极慢的,最快时大约只有1.4kb/s的传输速度, 这速度要是在手机或者电脑上,网页可能都打不开。

为了侦测并且接收到如此微小的信号,NASA在上个世纪就建立了“深空网络”(Deep Space Network, DSN)。
这个网络由三处呈120度分布的深空通信设施构成,一处在澳大利亚堪培拉、一处在西班牙马德里、一处在美国加州。

不仅如此,NASA还采用了三种措施来增加接收和传输信号的成功率:
一、使用高增益的天线,使得无线电信号不分散只集中在某一个特定的方向上,以增大传输的距离。
这里不得不提一下,“旅行者一号”身上所携带的高增益天线直径达到了3.7米,而地球上“深空网络”最开始所使用的天线直径大约在70米左右,后来因为使用年限过久,所以在2010年的时候NASA将70米直径的天线换成了34米的。这些新使用的天线能够将接收到的无线电信号放大上亿倍。

二、为了防止其他频段的干扰,旅行者一号所使用的通讯频率高达8GHz,信噪比非常的高。
三、光把信号聚集起来,如果没有办法准确的将聚集起来的信号对准地球发射也没有用,所以科学家们在旅行者一号上装配了高精度的陀螺仪,以确保增益天线对准地球,提高传输效率和完整性。

事实上,虽然科学家为了减少信号损耗使出了浑身解数,但是因为距离太过遥远,并且宇宙中到处都是辐射,所以无线电信号的强度依然是受到了很大的影响。
因此,为了提高传输信息的正确率和完整性,科学家们让旅行者一号在传输数据的时候使用大量的纠错码。而有得必有失,使用纠错码确实能大幅度提高信息传输的完整性和正确率,但是传输速度却因此受到了极大的影响,导致只有不到1kb/s。

迄今为止,旅行者一号身上所携带的发电机已经大大超过了使用期限,经过对剩余电量的估算科学家们认为,旅行者一号携带的科学仪器应该能工作到2025年,而与地球的通信至少能到2036年。

也就是说,2036年之后旅行者一号将彻底与地球失去联络,届时它会承载着人类的梦想飞向宇宙的更深处,在宇宙中留下人类文明存在过的记号。
您认为若干年后,会有外星文明发现“旅行者一号”吗?欢迎在下方说说您的想法!