Question

飞行42年，距地球182亿公里，我们怎么接收到旅行者2号的微弱信号

Answer 1

对于我们很多人来说，宇宙深处是一个很让人向往的地方，可能很多朋友都希望未来有一天能够踏上外星球的表面，或者到外太空中来一场太空旅行。当然，从目前的 科技 水平来看，在短时间内实现大规模的太空旅行，或者到达外星球，还是有很多技术等方面的难题。虽然我们目前还没能够真正实现载人星际飞行，但是有一些无人探测器已经可以到达太阳系其它行星附近或者登上太阳系某些行星的表面，有一些探测器甚至正在朝着太阳系外飞去。

1977年8月20日，NASA发射了旅行者2号探测器，先后飞掠了木星、土星、天王星、海王星以后，朝着太阳系外飞去，至今这个探测器已经在太空中飞行了42年。NASA的科学报告指出，2018年12月10日，“旅行者2号”探测器成为继旅行者1号探测器以后第2个进入星际空间的探测器，目前旅行者2号探测器离我们地球的距离已经达到180亿公里。

从发射时间来看，旅行者2号探测器比它的姊妹船旅行者1号探测器发射更早，旅行者1号是在1977年9月5日发射升空的，比旅行者2号探测器晚了近半个月，不过，两者进入星际空间的时间差别非常大，旅行者1号探测器率先在2012年8月25日进入了星际空间，是世界上第一个进入星际空间的探测器，在6年后，旅行者2号探测器才进入星际空间。不管进入星际空间顺序的先后，这些探测器的到来，将我们此前未曾到达的星际空间的景象展现在我们面前。

从距离来看，旅行者2号与我们地球的距离已经达到180亿公里，探测器发回的信号，我们还能接收到吗？我们先看看旅行者2号是怎么与地球通讯的。由于在外太空中，没传播的介质，所以我们在宇宙中说话的声音是没法传播的。我们也不可能通过接线的方式，将旅行者2号探测器的信号传回来，所以旅行者2号是怎么与地球实现通讯的呢？

其实，早在100多年前，我们人类就解决了这个传播信号的问题。在1895年，意大利人马可尼就已经成功进行了以无线电波传播信号的实验，随后在1899年建立了跨越英吉利海峡的英法之间的无线电通信，在1901年更是实现了横跨大西洋的无线电通信。这也就是无线电技术，可以将信息加载到无线电波，而无线电波传播的速度非常快，与光速相当，当这些无线电信号到达接收端时，电波就会引起电磁场变化，在导体中产生电流，紧接着通过解调的方法将信息从电流的变化中提取出来，从而达到信息传播的效果。在宇宙深处飞行的探测器，就是将“看到”的景象以无线电的方式光速传回地球。

问题是，这些探测器本身的功率并不是很大，能够发射的信号强度也是比较微弱的，再加上这些信号会随着距离越远，削减得越明显，强度越来越低。就像我们拿着手电筒朝着远方照射，距离越远，我们看到的手电筒光线就越暗。目前旅行者2号离我们地球已经达到180亿公里，所发回的信号已经极为微弱，我们是怎么接收到这些极为微弱的信号的呢？

一般情况下，我们是没法接收到这些信号的。为了实现与这些宇宙深空的探测器进行通讯，NASA建立了深空网络（即DeepSpaceNetwork，简称：DSN），分别在美国、西班牙、澳大利亚三个地区建立了深空通信设施，三个地区的接收器刚刚好呈120度分布的布局，所以可以360度接收到来自宇宙深处探测器发回的信号，即使地球在自转的过程中，还是可以连续与探测器进行通讯。

当然，360度也只能让连续通讯成为可能，需要接收到这些微弱的信号，就必须想办法让这些微弱的信号“增强”，所以这些接收站都会安装一些看起来像“大锅”的可控抛物面天线，可以将这些微弱的信号反射到接收器，集中起来收集。其中一个可控抛物面天线是位于澳大利亚堪培拉的Deep Space Station 43（DSS-43），其宽度达到70米，NASA的科学报告指出，这一个可控抛物面天线在2020年3月就已经开始升级，预计要到2021年1月才会完成升级。

由于Deep Space Station 43（DSS-43）可控抛物面天线是唯一能够向旅行者2号探测器发送指令的天线，所以在升级期间，我们地球是没法向旅行者2号探测器发出信号的。不过，这不影响旅行者2号探测器发回信号，因为其他的天线还是可以接收到旅行者2号探测器发回的信号。