無線信号は銀河間空間を通過するときに減衰しますか？
回答:
最初に考慮すべきことは、ビームの領域が長距離にわたって拡散することです。私たちが期待できる最良の状況は、回折が制限されたシステムであり、この拡散が最小化され、受信信号が最大化されます。つまり、理論的には、発散も収束もしない完全にコリメートされた送信ビームがあります。
実際には、回折による制限があります。回折制限システムは次の式で表されます
角度分解能を波長と直径円形開口で規定しています。これはレイリー基準と呼ばれます。この場合の角度分解能の定義は、ある光源のエアリーディスクパターンの主最大値が別の光源の最初の最小値と一致する2つの点光源が互いに識別できる場合です。明らかに任意の定数になるのはこの定義です。
通常、回折は信号の受信に関して適用可能であると考えています。たとえば、宇宙望遠鏡は通常、回折限界の光学システムを備えています。ただし、信号を受信する場合も送信する場合も、まったく同じ法律が当てはまります。光路は同じです。すべてがちょうど逆です！
注：代わりに画像を空間に投影した場合、画像を適切に解決するには、レシーバーは投影と同じかそれ以上の角度分解能を持つ必要があります。これには、以下で説明する信号対ノイズ性能に加えて、空間分解能基準が含まれます。
実際の例を作るために、無線信号を考えてみましょう。遠方の受信機はFMラジオと同じように周波数変調された信号を受信するため、角度分解能は関係ありません。「画像」がぼやけているかどうか、または最初に送信されたビームの一部の領域が完全に受信機に届かなくてもかまいません。私たちが心配しているのは、時間の経過に伴う周波数の変調だけです。これは、1次元の信号です。
この場合、受信機はノイズが制限されたシステムです。このNASAレポートは、星間通信の現実的な実装が対処しなければならない制限のいくつかを概説しています。量子ノイズが制限されたシステムの場合でも、対処された制限を最大限に活用できます。
信号対雑音比が許容可能なしきい値を超えている場合、信号は十分に受信されます。非常に多くの要因があるため、実際には1桁の見積もりしか実行できないと考えています。特定のシステムのノイズレベルを自分で正確に見積もるには、これについて十分に知りません。
プロジェクトサイクロプス（1971年）は、地球外情報の探索の実現可能性に対する最初の調査でした。たとえば、41ページでは、2.4 GHz Areciboメッセージを受信する受信機の最低ノイズ温度が約4K であることがわかります。ここでのノイズの主な原因はCMBです。この桁の周波数は通常、可能な限り最高のノイズパフォーマンスを提供します。高すぎると、量子ノイズと大気の影響が大きくなります。低すぎる、そして銀河のノイズが引き継ぐ。
このノイズ温度は、信号にノイズフロアを提供します。受信機は通常、数十または数百ケルビン程度の大きなノイズ温度をもたらすため、星間通信に対する実際的な制限は、当社の機器の機能になる傾向があります。
Areciboメッセージは適切な周波数でブロードキャストされましたが、非常に長距離の通信では、振幅の変調は周波数の変調よりも優れています。これは、弱い信号強度を補償するためにパルスの持続時間と間隔を増やすのが簡単だからです。
よく読んでいるCyclopsレポートの50ページのこの表は、送信電力が単一のトランスミッター/レシーバーの組み合わせが、離れた場所でも機能することを示しています500光年の。
より大きな送信機と受信機を構築すると、通信の最大距離が長くなります。そのため、送信電力、パルス持続時間、およびパルス間隔が増加します。現在のテクノロジーでは、数十または数百光年の通信が可能になるでしょう。さらに通信するには、もっと大きなものを構築します。物理法則では、通信できる距離にほとんど制限がありません。