StartseiteWas geht?

Was braucht ET um nach Hause zu telefonieren?

Von / 17. Mai 2015 / 10 Kommentare / Seite 2 von 2 / Auf einer Seite lesen
Mehr

Wer auch immer eine Sonde baut, die dafür ausgelegt ist die nächsten Sterne zu erreichen, wird aber sicherlich nicht knausrig bei der Größe der Antenne sein. Die Orion Satelliten werden bereits seit 1995 gebaut. Sicherlich könnte man heute mit dem gleichen Aufwand und aktuellerer Technik ohnehin schon deutlich größere Antennen bauen. Sollte es jemals den nötigen Enthusiasmus für ein interstellares Projekt geben, werden 1km-Antennen wohl noch zu den Plänen mit den kleineren Durchmessern gehören.

Falls ET aus der näheren Nachbarschaft kommt, sollte das reichen um nach Hause zu telefonieren oder zumindest ein paar Mails zu schreiben. Auch wenn es mit der Antwort eine ganze Weile dauern würde.

ET hätte auch noch einen großen Vorteil. Er will nicht mit einer Raumsonde telefonieren, sondern mit einem Planeten. Auf einem Planeten ist es kein Problem, dauerhaft Sendestärken im Megawatt-Bereich zu benutzen. Genauso ist es möglich, noch viel größere Fläche mit Antennen zu bedecken oder gleich riesige Weltraumstationen nur für diesen Zweck zu bauen. ET’s Leute zu Hause hätten das wohl mit Sicherheit getan, wenn sie wissen, dass wenigstens ihre eigenen Leute da draußen im Weltall unterwegs sind.

1 / 2
Mehr

Kommentare (10)

  1. #1 Alderamin
    17. Mai 2015

    @Frank

    Da geht noch mehr. Statt die Antennen oder Sendeleistung zu vergrößern, kann man die Frequenz erhöhen: Laserkommunikation.

    Hab’ mal ein grobes Link-Budget für Voyager 1 durchgerechnet:

    Sendeantenne D: 3,7 m
    Empfangsantenne D: 70 m (Goldstone)
    Frequenz: 8,415 GHz
    Effizienz: 0,9 (angenommen, Parabolantennen liegen zwischen 0,8 und 0,99)
    => Sendegewinn bei f: 49,8 dBi
    => Empfangsgewinn bei f: 75,35 dBi
    Leistung: 13 W
    => EIRP: 60,95 dB-W

    Entfernung: 120 AU = 1,8E+13 km
    Free Space Path Loss @ f: 316,06 dB
    => Link Budget: -179,76 dB-W Empfangsleistung. Das reicht noch für 1,35 kbps.

    Bei Alpha Centauri wäre das entsprechend:
    Entfernung: 4,3 LJ = 4,07E+16 m
    FSPL @ f: 383,14 dB
    Link-Budget: -246,84 dB-W. Nicht gut.

    So, jetzt mal mit Laser, 1 µm:
    Sendeantenne D: 0,2 m (das ist die Öffnung der Voyager-Optik)
    Empfangsantenne: 10 m (ich denke da an so was, es kommt nicht so auf die Auflösung an, und wir empfangen hier nur)
    Frequenz 1µm: 3E+14 Hz
    Effizienz: 0,6 (60% Quantenausbeute schaffen heutige CCDs locker)
    => Sendegewinn: 113,75 dBi (Ui!)
    => Empfangsgewinn: 147,72 dBi (mein lieber Scholli!)
    Leistung: 10 W (10 W Laser kriegst Du im Internet zu kaufen)
    => EIRP: 123,75 dB-W (Uff!)

    In Voyager-Entfernung ist der FSPL bei dieser Frequenz 407,1 dB, macht ein Link-Budget von -135,63 dB-W aus. Das ist mal locker ein Faktor 26000 an Leistung gegenüber der Goldstone-Voyager-Strecke, den man z.B. in Form einer 26000-fach erhöhten Datenrate von 35,1 Mbps nutzen könnte. Oder man fliegt weiter hinaus:

    Entfernung Alpha-Centauri: FSPL 474,18 dB, Link-Budget: -202,71 dB-W. Nicht genug. Nehmen wir halt die Antennen ein bisschen größer:

    Sendeantenne D: 1 m (nicht trivial, aber machbar)
    Empfangsantenne D: 30 m (TMT oder so was).
    =>Sendegewinn: 127,72 dBi @ 1µm
    =>Empfangsgewinn: 157,27 dBi @ 1µm
    => EIRP: 137,72 dB-W @ 10 W

    Entfernung Alpha Centauri: Link Budget -179,19 dB-W

    Das ist ziemlich genau der Wert von Voyager 1 in 120 AU per Funkwelle.

    Die Rechnung ist grob vereinfacht, man müsste allerlei atmosphärische und sensorische Effekte sowie die Rauschleistungsdichte bei 1 µm (insbesondere mit einem Fixstern im Blickfeld) berücksichtigen, da gehen sich noch > 10-15 dB verloren, aber von der grundsätzlichen Machbarkeit her sieht es ganz gut aus.

    Einer der Gründe, warum auch optisches SETI gemacht wird (wenn das betrachtete Empfangsband schmalbandig genug ist und im IR liegt, dann stört ein Fisxstern gar nicht mehr so sehr). Es reichen für optisches SETI daher schon Amateurteleskope und -Sensoren.

    • #2 wasgeht
      17. Mai 2015

      Vielen Dank dafür!

      Mit optischer Datenübertragung hatte ich mich noch nicht auseinander gesetzt. Ist aber eigentlich logisch, dass da viel mehr geht. Die Auflösung eines Teleskops ist ja linear proportional zur Wellenlänge. Auf dem umgekehrten Weg ist die Auflösung auch nichts anderes als die bestmögliche Bündelung eines Laserstrahls im Rahmen der Beugungsgrenze.

      Und jetzt wo mir das klar ist, ist mir auch klar, dass man das viel leichter ausrechnen kann (oder zumindest überschlagen). Die Wellenlänge ist um einen Faktor 1/35650 kürzer und somit kann das Signal kann um einen Faktor 36550 besser gebündelt werden. Die Quanteneffizienz des Empfängers ist in dem Beispiel halt schlechter als bei der Radioantenne und deswegen ist die Datenrate etwas kleiner als das. und kann deswegen mit der gleichen Fläche um einen Faktor 35650² besser gebündelt werden.

      Der Senderdurchmesser ist um einen Faktor 18,5 kleiner (Fläche: Faktor 342,25) und der Emfängerdurchmesser um einen Faktor 7 (Fläche: Faktor 49). Macht zusammen multipliziert einen Faktor 16770 weniger.

      Damit käme ich auf einen Faktor 75000, was immernoch 3 mal zu groß ist. Bleibt immernoch viel Denkarbeit übrig. :)

      Die man aber erklären kann, wenn man berücksichtigt, dass die Sendeleistung nur halb so groß ist und die Quanteneffizienz 60% beträgt. Damit komme ich auf einen Faktor 75000*0,3 = 22500, was schon wieder verdächtig nahe an dem Faktor 26000 im Beispiel dran ist.

      P.S.: So sieht es aus, wenn ich in meinem Kopf die dreckige Wäsche wasche. Viele Fehler, oft auch dumme Fehler, die Stück für Stück korrigiert werden.

  2. #3 Stefan
    17. Mai 2015

    Es ist anzunehmen, dass Sonden zu Alpha Centauri oder wohin auch sonst, nuklear betrieben werden. Wie ein Reaktor (und auch entsprechend großsein wird). Insofern wird Energie für die Sendeleistung nicht so das große Problem sein und weil die Sonde nciht gerade klein sein wird, wird auch die Antennengröße nicht das Problem sein (es wird eben keine 1 km Antenne an eine Sonde so groß wie Voyager montiert ;-)) – denk ich. Lass mich aber gerne eines besseren belehren.

    Wobei ich denk, entweder (wenn überhaupt) wird eine Sonde gebaut, die noch in einen Menschenleben (50 Jahre) den nächsten Stern erreicht. Was ja schon mal das Project Daedalus plante. Das ist dann eher ein Prestige-Ding und hilft dabei geld für das Projekt zu bekommen, wenn die Politiker bzw. deren Kinder noch die Chance haben, das ganze mitzuerleben.

    Oder es wird auf sowas verzichtet und es steht die zukünftige Erforschung mit Mittelpunkt. Dann muss es ja nciht Alpha Centauri sein. Dann ists vielleicht der nächste Stern mit Planeten. Am besten natürlich erdnahe Planeten. Aber mehr als maximal 15 (?) Lichtjahre werdens wohl auch dann nicht sein, wenn man halbwegs realistisch sein will und sicher gehen will, dass die Sonde nicht vergessen wird und das ganze Projekt dann sinnlos wäre. ;-)

    Alles darüber hinaus ist technologiemäßig wohl sinnlos derzeit darüber nachzudenken. Ausgenommen man findet doch wie durch ein Wunder Materie mit negativer Masse und der Warp-Antrieb wird möglich.
    Für weitere Entfernungen bieten sich dann nur noch Generationenschiffe an mit Kolonisierung. Wobei dann das Problem auftaucht, dass es überlebensfähige Kolonien sein müssen und die fangen beim Menschen und dessen biologische Fittness bei 50.000 an. Und 50.000 auf die Reise zu schicken ist schon mal noch was anderes, als eine Sonde.

    Dass wir nciht andauernd von Außerirdischen belästigt werden lässt meiner Meinung nahch nur wenige Schlüsse zu:
    1. Es gibts sie nicht. Bzw. einfaches leben ist häufig, komplexes Leben sehr, sehr selten.
    2. Interstellare Raumfahrt und vor allem Kolonialisierung ist derart schwierig, dass sie kaum stattfindet.
    3. Oder Punkt 1 und 2.

    Bin da natürlich kein Experte, aber mehr als in etwa 20 % der Lichtgeschwindigkeit wirds nicht spielen. Project Daedalus war ja betreffend zukünftig zu entwickelnde Technologie ungemein optimistisch und ging von 16 % aus. Insofern geh ich auch davon aus, dass die meisten Zivilisationen – wenn es sie denn gibt – spätestens mit ihren Planeten sterben.

    Freu mich übrigens schon auf den nuclear pulse propulsion Artikel. :-)

  3. #4 Christian Berger
    17. Mai 2015

    @Alderamin
    Das “Problem” mit höheren Frequenzen ist, dass die Freiraumdämpung auch steigt. Ich glaube mal ausgerechnet zu haben, dass aber durch den höheren Gewinn der Antennen bei gleicher Größe ausgeglichen wird.
    Sprich die Frequenz ist relativ egal und man kann sich da an praktischen Problmen orientieren.

  4. #5 dgbrt
    17. Mai 2015

    Ist schon toll, wie man mit den doch relativ alten Voyager-Sonden noch kommunizieren kann. Aber mal eben telefonieren… Das Warten auf die Antwort dauert 10 oder hundert Jahre. Und bis zum anderen Ende unserer Galaxie sind es dann fast 2 mal 100.000 Jahre.

    Es ist schon interessant, wie mit V’ger uns nahe gelegene Sterne als erreichbar erscheinen lässt. Aber das ist bis heute unvorstellbar und GEHTNICHT. Vom anderen Ende unserer Milchstraße erwarte ich gerade einen Rückruf, da muss ich aber noch 200.000 Jahre warten…

  5. #6 Alderamin
    17. Mai 2015

    @Christian Berger

    Die höhere Freiraumdämpfung ist oben schon berücksichtigt (bei 120 AU z.B. 407,1 dB @ 1 µm vs. 316,1 dB @ 8,4 GHz) , wird aber von den Antennengewinnen mehr als wettgemacht. Wie Frank richtig feststellt, die Bündelung ist viel besser im Optischen als mit einer viel größeren Radioantenne.

    Und wir reden von lediglich 10 W Leistung. Auch da geht viel mehr. Aber nicht auf einer interstellaren Sonde, da hat man höchstens ein paar hundert Watt zur Verfügung. Oder mehr nur im Pulsbetrieb.

  6. #7 tobalt
    17. Mai 2015

    Frank und aldemarin. Ich habe auch kurz das laserbeispiel überschlagen und ich glaube ein weiteres problem ist die quantisierung.. weil opt licht gleicher leistung viel weniger photonen hat entsteht ernstzunehmer quantisierungsfehler. Bei radio sollte er ja aber auch stattfinden da dispersion höher.. hmm ist der photonenquantisierungsfehler nur v leistung u distanz abhängig. Dann wären die 10W bei 4.5 lyr einfach zu wenig

  7. #8 Alderamin
    18. Mai 2015

    @tobalt

    Guter Punkt, den ich nicht bedacht hatte.

    Pro 1µm-Photon wäre die Energie E = h*f, mit f=3E+14 Hz und h=6,6E-34 Js also ziemlich exakt 2E-19 J. Bei -180 dB-W kommen 1E-18 W oder Joules pro Sekunde an, das wären dann 5 Photonen. Ok, damit wird man in der Tat keine hohe Datenrate erreichen ;-)

    Gut, dann wird man wohl ein wenig mehr Sendeleistung einplanen müssen. Man könnte eine Batterie mit der verwendeten Langzeit-Stromquelle aufladen und dann mit 1 kW (statt 10 W) senden, dann hätte man schon einmal die 100-fache Photonenmenge. Und mehr Empfangsfläche verwenden, diese Cerenkov-Empfänger kann man in größerer Zahl aufstellen und ihre Messungen addieren. Die sind vergleichsweise günstig. Da wäre sicher nochmal ein Faktor 10 drin.

    Und wenn man der Sonde etwas hinterhersenden will, bündelt man viele Laser über ein großes Teleskop, in dieser Richtung hat man ja Leistung ohne Ende zur Verfügung. Kontinuierliche Laser gibt es mit 10 kW, 10 Stück davon und die Sonde sieht, ausgesendet vom Thirty-Meter-Telescope, davon -130 dB-W oder -100 dBm. Mit -100 dBm sind Handys gerade noch zufrieden (ok, Radio).

  8. #9 Alderamin
    18. Mai 2015

    @myself

    10 Stück davon und die Sonde sieht, ausgesendet vom Thirty-Meter-Telescope, davon -130 dB-W oder -100 dBm

    Korrektur, -140 dB-W oder -110 dBm. Ich ging ja ursprünglich von 10 W Sendeleistung aus, das ist ein Faktor 40 dB weniger als 100 kW, nicht 50 dB. -110 dBm ist für ein Handy der Rand des Abgrunds. Aber wir verwenden ja für den Empfänger die Creme de la Creme ;-)

  9. #10 Ronald Sinda
    Wessobrunn
    17. November 2016

    Wenn man bedenkt wie lange Sonden bis zum nächsten Stern brauchen und wie lange Kondensatoren zurzeit halten, denke ich, dass Sonden-Reisezeiten weit über 50Jahre, ohne Ausfall, im Moment noch nicht möglich sind.
    Und eine interstellare Kommunikation zwischen Spezies, ohne Normierung, (Sende/Empfangsanlagen, Frequenz, Modulation, Signifikanz, u.s.w. u.s.w.)
    von der Wahrscheinlichkeit auszuschließen ist.
    Z.B. Fibonacci Code gesendet = Signigfikant kein Zufall
    Fibonacci Code auf der Erde, in Pflanzen schon.