利用太陽引力增強訊號,星際通訊不再是夢想

利用太陽引力增強信號(圖:NASA)

天體物理學家麥克·希普克(Michael Hippke)最近指出,若使用現時的通訊科技,從最近的恆星系:半人馬座 α 星接收1 瓦特的訊號,我們必須建造一個直徑 53 公里的接收儀器,這樣的儀器將會比整個紐約市還要大。

但希普克的研究提出,我們或能運用一個稱為重力透鏡(Gravitational Lensing)的效應,利用太陽的引力增強來自外太空探測器的訊號,允許影像從遙遠的半人馬座 α 星(Alpha Centauri)以串流形式發送回地球。最重要的是,能夠實現這個想法的科技已經存在了。

重力透鏡效應

根據愛因斯坦(Albert Einstein)的廣義相對論,當光通過諸如太陽等巨大物體的邊緣時,引力作用會將光線彎曲並匯集到一點。

希普克提出,我們可以將一個直徑 1 公尺的望遠鏡放在距離太陽約 900 億公里遠的位置,然後利用這個望遠鏡中轉星際訊號。

與半人馬座 α 星通訊

在建造外太空通訊設備時,這樣的訊號增強技術非常重要。如果沒有這種技術,我們就必須在地球建造超大型望遠鏡,並將能裝載龐大能源的探測器送到遙遠的外太空。

然而,利用重力透鏡效應,只需要少許能量就能將數據傳回太陽系。希普克表示:「用一支雷射筆就能做到。」而且資料傳輸速度相當快,因此可以傳送圖片和影像,不過目前接收來自半人馬座 α 星的資料串流,仍會有 4 年的延遲時間。

使用現有技術

希普克的構想雖然使用了現有技術,但是要完成任務並不容易,他提案中的望遠鏡,必須比人類有史以來航行最遠的飛行器—航海家 1 號(Voyager 1)航行超過 4 倍的距離。而且,如果望遠鏡與太陽的距離少於 900 億公里,那麼任何的訊號增強效果都會因為太陽的阻擋而消失。

NASA 噴氣推進實驗室(Jet Propulsion Laboratory)的物理學家斯拉瓦·圖瑞謝夫博士
(Slava Turyshev)評論,希普克的計畫是「有挑戰性,但並非不可能」,「接收訊號的望遠鏡甚至不需要完全靜止,因為它仍能接收到來自距離太陽 3000 億公里遠的訊號。」

圖瑞謝夫博士表示,利用太陽的引力變軌(slingshot)進行引力彈射的話,最快在 25 至 30 年的時間之內,就能把望遠鏡發射到距離太陽 900 億公里的位置。

儘管如此雄心勃勃的計畫面臨到種種挑戰,希普克表示,人類已經建造出比他的提案更大的太空望遠鏡。他說:「這比建造哈伯太空望遠鏡(Hubble Space Telescope)要容易多了。」

雖然我們目前還無法到其他恆星系使用這種技術,但總有一天,我們將需要這種技術協助星際間的溝通。只要建設這樣的通訊網路,人類便有可能衝出太陽系,繼續探索神秘的太空。

 

參考資料:

  1. Hippke, M. (2017). Interstellar communication. II. Application to the solar gravitational lens. ArXiv. retrieved from  arxiv.org/abs/1706.05570
  2. Emspak, J. (2017, June). Sun’s gravity could power interstellar video streaming. New Scientist
鄭啟仲
鄭啟仲 54 文章
資管碩士,熟悉軟體工程與程式設計,喜歡吸收科普和技術新知,現為明日科學編輯。