丹丘生

太空通信是個問題

雖然人類的足跡至今未出太陽系，但俗話說“兵馬未動，糧草先行”，要想飛往更遙遠的空間，一個問題亟需解決，即通信問題。因為雖然電磁波信號在幾乎空無一物的太空能傳播得很遠，但畢竟信號強度以跟距離平方成反比的速度在衰減。比如說，假設我們的航天器從離我們最近的恒星系，即距地球約4.37光年的半人馬座α星上，以幾瓦的功率（這是目前航天器發(fā)射信號的平均功率）發(fā)射信號，那么這個信號到達地球早已“奄奄一息”了。我們需要建造直徑大約53千米的射電望遠鏡才能勉強接收到，而這個望遠鏡所占面積比整個紐約還大，已非人力所及。

或許有人會說，何不提高信號的發(fā)射功率？要是發(fā)射功率提高10倍，望遠鏡的接收面積就可以縮小到1/10;提高100倍，就縮小到1/100……這當然在技術上不成問題。但提高發(fā)射功率，意味著要消耗更多的能量，而讓飛行器攜帶更多能源上天，不僅極大地增加了發(fā)射成本，也影響了它的飛行速度。

在地球上，長距離無線通信也會遇到信號衰減問題。在這種情況下，我們通常會采用轉播來解決，即初級信號被轉播站接收后，經(jīng)過放大，重新發(fā)射，再繼續(xù)傳播。

可是在茫茫太空中，誰來給我們轉播呀？出乎你的意料，還真的存在一個天然“轉播站”，那就是太陽！

太陽當透鏡使

與人工轉播不同，太陽能起轉播作用，依據(jù)的是引力透鏡效應。愛因斯坦的廣義相對論預言，當來自遙遠恒星的一束光，通過像太陽那樣一個大質量天體附近時，由于周圍的時空彎曲，會致使光束經(jīng)過后匯聚于一點。由于這一現(xiàn)象跟凸透鏡成像極為相似，所以叫引力透鏡效應。天文學家已經(jīng)在宇宙中多次觀察到該現(xiàn)象。

引力透鏡實質上起到了信號放大的作用。據(jù)計算，遙遠恒星的光（可以當作平行光來處理）經(jīng)太陽的引力透鏡效應后，在“透鏡”的焦點處，亮度會增大10億倍。

你也許會說，你在談引力透鏡時，談的都是光，可是我們在太空中用的信號是無線電波呀。這倒沒問題。光和無線電波都屬于電磁波。對光起作用的引力透鏡，對無線電波也一樣起作用。

如果能充分利用太陽這個天然的信號“轉播站”，那么僅需一點點功率就能把遙遠地方的數(shù)據(jù)傳回我們太陽系。比如你要是從半人馬座α星上給家人傳自拍視頻，只需要毫瓦級的發(fā)射功率（相當于一支普通激光筆的功率）即可。當然了，由于電磁波的傳播速度沒法超過光速，這個視頻要在4年以后才能到達地球。

現(xiàn)實中的難題

那么，怎樣才能充分利用太陽的引力透鏡效應呢？

首先，我們得在太陽這個“透鏡”系統(tǒng)的焦點位置接收被放大后的信號，然后再轉播到地球。換句話說，需要在焦點處安置一架用于信號接收的太空望遠鏡（哪怕直徑小到1米都行）。

可是那個焦點位置在距太陽900億千米處，差不多是日地距離的600倍，離地球實在太遙遠了！我們40年前發(fā)射的“旅行者1號”至今才飛到距太陽208億千米的位置呢。但這件事又容不得我們偷懶，要是把太空望遠鏡安置在距太陽900億千米以內，太陽非但不能把信號放大，還會起阻擋作用。

看來好事多磨，好在并非全無希望。新一代等離子推進器正在研制之中。這種新型推進器能以更少的能量，把太空飛行器更快地帶到更遠的地方。建成了太陽這個信號“轉播站”，說不定以后我們還能跟外星人互發(fā)自拍視頻呢。