Wenn man darüber nachdenkt, wie eine Raumsonde schnellstmöglich von A nach B fliegen kann und B sehr weit weg ist, dann kommt auch die Frage auf, wie man mit einer Raumsonde die so weit weg ist noch kommunizieren kann. Oder anders gefragt, wenn ET von einem anderen Stern kam, was hätte er gebraucht um nach Hause zu telefonieren?
Wie bei allem sollte man erst einmal klein anfangen. Die Raumsonde die heute am weitesten von der Erde entfernt unterwegs ist, ist V’ger … ähh … Voyager. Ihre Entfernung beträgt jetzt 18 Lichtstunden. Und tatsächlich können wir der Sonde noch immer Funksignale senden und wir können auch noch immer ihre Signale empfangen. Was braucht so eine Voyager Sonde, damit das geht?
Wie man sieht, zuerst einmal eine große Antenne. Die Antenne hat einen Durchmesser von 3,7m und ist mit einem 20 Watt Sender verbunden. Empfangen wird das 1,4kbit/s Signal vom Deep Space Network (DSN), das dafür 70m Antennen benutzt.
Nun wollen wir aber wenigstens die Strecke bis Alpha Centauri überbrücken. Das sind nicht die rund 20 Lichtstunden von der Erde zu Voyager, sondern etwa 40.000 Lichtstunden oder die 2000-fache Entfernung. Da die Signalstärke mit der Entfernung quadratisch abfällt, bliebe also nur noch ein 4-Millionstel des Signals übrig.
Wie macht man so ein Signal stärker? Mit einem stärkeren Sender würde es gehen. Man braucht nur einen 800 Megawatt Sender an die 3,7m große Antenne anzuschließen und schon läuft die Sache … mit einem unglaublichen Energiebedarf. Also versuchen wir es etwas cleverer. Wir könnten zum Beispiel eine größere Antenne benutzen. Auf dem Effelsberg in der Eifel steht zum Beispiel eine 100m große Antenne, die etwa die doppelte Empfängerfläche des DSN hat und deswegen auch mit der halben Signalstärke zurecht käme. Es bleibt also nur noch ein Faktor von 2 Millionen.
Noch größer ist die Antenne von Arecibo. Mit etwas mehr als 300m Durchmesser hat sie knapp die 20-fache Fläche der DSN Antennen. Damit haben wir uns unserem Ziel immerhin bis auf einen Faktor 200.000 genähert. Es wird Zeit, sich die Raumsonde etwas näher anzusehen.
Voyager’s 3,7m Antenne mag groß sein, aber es geht größer. Der Kommunikationssatellit Terrestar-1 hat beispielsweise eine 18m große Antenne. Ein knapp 5 mal so großer Durchmesser bringt uns fast 25 mal so viel Fläche und es bliebe ein Faktor 8.000. Aber Terrestar-1 hat keineswegs die größte jemals gebaute Antenne eines Satelliten. Wie groß genau die größte Antenne ist, ist Staatsgeheimnis der USA. Sie gehört einem Spionagesatelliten namens Orion und wird auf einen Durchmesser von 100m geschätzt. Der 27-fache Durchmesser brächte uns die 730-fache Fläche der Originalantenne. Hätte eine Raumsonde bei Alpha Centauri eine solche Antenne und den gleichen 20-Watt Sender wie die Voyager Sonden, dann käme das Signal bei der Arecibo Antenne nur noch 270mal schwächer an, als an den 70m DSN Antennen.
An der Stelle hat man nun die Wahl. Entweder man kompensiert das zu schwache Signal sofort mit einem viel stärkeren Sender oder man treibt das Bau-eine-größere-Antenne-Spiel einfach auf beiden Seiten noch etwas weiter.
Auf der Erde kann man zum Beispiel viele kleinere Antennen zusammen schalten und damit eine viel größere Empfängerfläche erzeugen als Arecibo hat. Ein solches Projekt ist das Square Kilometer Array, das derzeit gebaut wird. Es hätte die gleiche Empfängerfläche wie eine einzige runde 1128m Antenne – oder etwa 7,4 mal so viel wie Arecibo, womit uns nur noch ein Faktor 36 von der nötigen Signalstärke trennt.
Die 100m Antenne der Sonde bräuchte also nur einen 700 Watt Sender um immernoch 1,4kbit/s über reichlich 4 Lichtjahre Entfernung zurück Erde mit der ~1000m Antenne zu funken. Das entspricht der Radiowellenleistung einer handelsüblichen Mikrowelle, was ohne weiteres im Bereich des möglichen wäre, sofern genug Leisung dafür da ist. Ansonsten könnte man auch wieder einen 20W Sender benutzen, müsste sich aber auf eine Bandbreite von 70 Bit pro Sekunde beschränken.
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