Végtelen messzire, csak végtelen gyengék lesznek mire odaérnek
Gondolom sokan látták a Kapcsolat című filmet, ahol a Földön sugárzott első televíziós adást - konkrétan az 1936-os Berlini Olimpia megnyitóját - 25 fényév távolságról fogták az idegenek, és visszaküldték némi adatcsomaggal kiegészítve. Nézzük mekkora valószínűsége van ennek a valóságban. Nagyjából a nullával egyenlő, de kezdjük az elején.
Miért pont a televízió adás jutott ki először az űrbe, hiszen már 1900-tól kezdődően működött a szikratávíró, a rádió pedig 1910 környékén indult? Az alacsonyabb frekvenciák felületi hullámként terjednek, tehát követik a Föld görbületét. A mozgókép-átvitellel is próbálkoztak középhullámon, de a megfelelő sávszélesség csak az ultrarövidhullámú (URH) sávon állt rendelkezésre, ami viszont már egyenes vonalban terjed - pontosabban minél magasabb a frekvencia annál egyenesebben - és képes kilépni a világűrbe. Több országban is folytak televíziós adáskísérletek már 1929-től. Berlinben 1936-ban a "Paul Nipkow" állomás tetején elhelyezett antennákról sugározták az adást nagyjából 10-15 kW teljesítménnyel. Lenti képen az a TELEFUNKEN vevőkészülék látható amivel az olimpiát lehetett nézni. Természetesen nem a világűrbe szerettek volna jelet küldeni, ezért erősen irányított antennákat alkalmaztak, hogy a várost teljesen le tudják fedni megfelelő erősségű jellel. Ezt azt jelenti, hogy a kozmoszba kijutó hullám már olyan kis intenzitású volt, hogy valószínűleg a Holdon is csak komoly csúcstechnikával lehetett volna fogni. Ráadásul az adás frekvenciája a sáv legalján 40 MHz környékén volt, ami nagyon nem ideális semmilyen szempontból, hiszen ha magunkból indulunk ki pl. a SETI program 1 és 10 GHz között pásztáz, tehát mi sem figyeljük ezt a sávot.
De hiszen a légüres térben a rádióhullámok akadálytalanul haladhatnak a végtelenségig, vagy mégsem? Vákuumban minden elektromágneses hullám (rádió, fény, röntgen, stb.) betartja az inverz négyzetes törvényt, tehát megkétszerezve a távolságot az adótól, a rádióhullám erőssége negyedére csökken, és egy idő után szépen beleveszik a zajba. A távolság tehát az egyik döntő tényező ebben a játékban, ugyanis még a legerősebb rádióadó jele is beleolvad a zajba egy bizonyos távolság megtétele után. A rádiócsillagászok rémálma még a vevőkészülékek saját zaja, bár ezt a zajszintet tudjuk mérsékelni, például lehűtjük az elektronikát folyékony nitrogénnel vagy folyékony héliummal, de még így is marad egy kevés belőle.
Akkor hogyan kommunikáltak a Holdon sétáló űrhajósokkal, vagy a távoli űrszondákkal? Ja kérem az irányított nagy intenzitású rádiójel az más tészta, azt direkt az űrbe küldik. Nézzük első lépésben az Apolló programot, ugyanis itt fordult elő először, hogy egy másik égitestről valaki élő adásban jelentkezik. Erre egy új speciális űrtávközlési rendszert kellett kifejleszteni, ami az S-sávban (2,2 GHz) működött, ugyanis ebben a frekvenciasávban sem a csillagok, sem az égbolt általános háttérsugárzása nem jelentős, tehát az átvitel minősége a legjobb lehet.
A Hold felszínére telepített parabola antenna 20 wattal sugárzott a Föld felé, amit ott stabilan 8 és 20 méter közötti átmérőjű tányérokkal lehetett venni. Visszafelé 10 kW-os teljesítmény szükségeltetett a jó minőségű kapcsolathoz, de ez csak a beszédre vonatkozott. A TV-jel átviteléhez extrém nagy adó teljesítmény vagy antenna nyereség kellett volna, ezért csak különféle trükkökkel sikerült az élő közvetítés. Másodpercenként 50 kép helyet csak 10-et vittek át és az analóg műsorszórásban szokásos 5 MHz helyet 500 kHz-re csökkentették a sávszélességet, valamint a sorok számát is 320-ra. Ez az átvitel a célnak éppen megfelelt, a Földön levő emberek láthatták a holdra szállás pillanatát és az űrhajósok sétáját. Persze a Holdkomp és a parancsnoki modul is tudott kommunikálni a Földdel. Az űrhajósok egymás között a 300 MHz-es sávot használták AM üzemmódban.
Nézzük mi a helyzet az ember által eddig a legtávolabbra küldött eszközökkel, a Voyager szondákkal. Feléjük szintén S-sávú mikrohullámú csatornát használnak. A visszafelé jövő kommunikációt egy X-sávú mikrohullámú adó látja el a szonda fedélzetén, amihez egy S-sávú adó is tartozik tartalékként. Minden oda-vissza üzenet a Voyagerek 3,67 méteres parabolaantennáján keresztül történik, amit egy mikrohullámú adó hajt meg. A kis adóteljesítmény és a már említett inverz négyzetes törvény miatt a digitális adatátviteli sebesség folyamatosan csökken, ahogy távolodunk a Földtől. A Jupitertől például még 115000 bit per másodperces sebességet lehetett elérni, ez a Szaturnusznál azonban már csak a fele volt és azóta is folyamatosan csökken. Természetesen ha ma indulna a szonda ezek az értékek a korszerűbb elektronika miatt javulnának. Más a helyzet a szondák felé kilőtt parancsjellel, ezeket hatalmas teljesítménnyel egy pontba sugározzák, ezért jó messzire eljuthatnak.
A szondákkal való kapcsolattartás a Deep Space Network (DSN) feladata, ami egy rádióteleszkópokból álló világméretű hálózat. Ezt 1963-tól kezdték fejleszteni, és 1964-ben építették a 64 m-es átmérőjű antennák első példányát Goldstone-ban. Ahogy egyre több űrszonda indult, szükségessé vált több állomás is. Egyrészt a párhuzamos kiszolgálásukra, másrészt azért, hogy a Föld forgása miatt egy-egy szonda szükség esetén mindig látható legyen legalább az egyik DSN állomásról. Emiatt az antennákat a Föld körül különböző helyekre, földrajzi hosszúságban egymástól nagyjából egyenlő távolságra telepítették. A DSN másik két nagy antennája Robledo (Spanyolországban, Madridtól kb. 60 km-re nyugatra) és Tidbinbilla (Ausztráliában, Canberrától kb. 15 km-re) mellett található. A Voyager-2 űrszonda 1986-ban ért az Uránusz közelébe, és már ekkor annyira legyengült az általa küldött jel, hogy megnövelték a 64 m-es goldstone-i antenna átmérőjét 70 m-re, de még így is csak több antennarendszer összekapcsolásával sikerült megfelelő nagyságú jelet kapni.
1989-ben, amikor a szonda megközelítette a Neptunuszt az eddigi módszerek kevésnek bizonyultak. Az Új-Mexikóban lévő VLA (Very Large Array - Nagyon Nagy Antennarács) rádióteleszkópot vetették be, hogy a segítsenek legyőzni az egyre nagyobb távolság jelentette problémát. A VLA 27 darab független, egyenként 25 méter átmérőjű antennából áll, amik egy dupla vasúti sínpáron mozgó mechanizmus segítségével különböző alakzatba rendezhetőek. A Kapcsolat című filmben is ez az állomás fogta az idegenek jeleit.
A Neptunusz közeléből érkező jelek vételébe besegített még a Az ausztrál Parkes Obszervatórium - amely egy 64 méter átmérőjű, és egy mozgatható 18 méteres rádióteleszkópból áll, és már az Apolló misszió kommunikációjában is szerepet vállalt - ,valamint a japán Usuda Deep Space Center még egy plusz 64 méteres antennával. Amint láthatjuk jelen állás szerint még a legközelebbi csillagrendszerrel, a 4,3 fényévre található Alfa Centaurival is igen problémás lenne a kommunikáció, feltéve ha eljutnánk oda valamilyen formában.
Ettől még persze nyugodtan küldözgethetünk jeleket az űrbe, de mindenki döntse el maga, hogy mennyire hasznos mondjuk 25 100 fényév távolságra lévő csillaghoz üzenetet küldeni (Arecibói üzenet). Manapság bárki küldhet - némi aprópénz ellenében - üzeneteket a távoli galaxisokba, hiszen már ilyen jellegű üzleti vállalkozások is működnek. PEPSI reklámot is sugároztak már a végtelenbe, és ez bizony nem poén.
A dolgok visszafelé is igazak, tehát a felénk érkező adások is a zajba veszhetnek, feltéve ha nem extrém nagy teljesítménnyel sugározzák azokat, de ettől még lehet keresni őket legfőképpen a SETI (földön kívüli intelligencia keresése) program keretében. A dolog nem egyszerű mai elektromos zavaroktól terhelt világunkban, ez a vakriasztások mennyiségén is látszik. Ezért raknak a nagy antennák mellé egy kicsit, mert a fals jelet az is veszi, és így kiszűrhető. Legjobb megoldás az lenne, ha az űrbe, vagy más rádiószennyezéstől mentes égitestre telepítenénk antennákat. Már létezik egy ilyen műhold, az orosz RadioAstron fedélzetén egy 10 m-es átmérőjű rádióteleszkóp működik, amivel 2011 óta rádiócsillagászati megfigyeléseket végeznek a földi egységekkel együttműködve.
Arecibóban van a világ legnagyobb, radarként is használt rádiótávcsöve, amelynek átmérője 305 méter, érdemes azt kiszámítani milyen távolságból tudná egy hasonló "testvértávcső" sugárzását érzékelni. 1 MW kimenő teljesítmény esetén egy hasonló méretű és érzékenységű vevőtávcső 10 000 fényév távolságból még éppen fel tudná fedezni a földi jelet, ha a számításnál a legideálisabb vivőfrekvenciát, és 1 Hz sávszélességet veszünk figyelembe, viszont nagyjából így semmilyen információt nem tudnánk továbbítani.
A SETI program vezető csillagászai, John Billingham és Jill Tarter 2000 környékén kiszámították, hogy a legérzékenyebb rádiócsillagászati berendezéseket több fényévnyi távolságra kihelyezve azok mit érzékelnének a földi rádiósugárzásból. Szerintük a Föld legerősebb rádiósugárzói a legnagyobb teljesítményű TV adók (főleg UHF), valamint a katonai radarok. Egy, valahol a távoli világűrből a Földre irányított arecibói méretű antenna a TV állomásokat 1,8, a katonai radarokat 18 fényév távolságból érzékelné. A felfedezhetőséget természetesen erősen rontja, ha a földi adó nem egyenletesen, hanem impulzusszerűen, továbbá csak egy meghatározott irányba működik.
A SETI program kezdete óta egyetlen egy komoly földönkívülinek hitt észlelést sikerült felmutatni, ez az 1977-ben fogott híres Hűha! jel volt, amiről éppen tavaly bizonyították be, hogy a kibocsátásért egy üstököspár felelős.
Források: wikipédia, űrvilág.hu, egalizer.hu, holdfenyarnyek.wordpress.com, nasa.gov
