太陽真能把電磁信號放大,三體情節或成真,能向外星發送信號?

5樓的男人 2024-04-28 15:16:04

1974年,位于波多黎各的阿雷西博望遠鏡完成改造,成爲當時全球口徑最大的射電望遠鏡。天文學家弗蘭克·德雷克便提出,可以利用其強大功率,主動向外星發射無線電信號,期盼與地外文明建立聯系。

經過一番選擇後,最終確定向距離地球2.5萬光年外的M13球狀星團,發送一段持續時間爲169秒的無線電信號,這段信號是從二進制進行編譯,信號雖然簡短,但是內容卻非常豐富,如今這段信號還在飛行途中,如果一切順利,那麽在5萬年後,人類將會收到地外文明的回信。

這段信號雖然發送了,但是卻面臨一個巨大的問題,那就是發送的功率太小,只有450千瓦,相對于2.5萬光年的距離,信號在衰減之後,已經微乎其微了,還能否被地外文明接收到呢?

這就好比在太平洋那一頭丟個石頭,在水面上産生了水波,想在太平洋這頭能夠接收到石頭的波紋信號,想想都是一件不可能的事情。

但是發送信號的科學家們,對此卻非常有信心,那就是信號雖然衰減非常厲害,但是並不會完全消失,如果地外文明的科學技術水平足夠發達的話,那麽就具備接收這種微弱信號的能力。

三體中把恒星當成信號放大器可行嗎?

或許是受到阿雷西博望遠鏡向M13星團發送信號的影響,32年後,一位在娘子關水電站工作的員工,寫下一本名爲三體的科幻小說。

在小說中,他或許認爲阿雷西博望遠鏡這樣發送信號的話,信號衰減太厲害,無法被地外文明接收到,所以就加入了這麽一段情節,那就是把恒星當成放大器。

這就好比在一個很大的空間裏,由于空間太過空曠,當你講話的時候,站在後排的人因爲聲音衰減,無法聽到你在說什麽。

但是如果有個擴音器的話,那麽就可以把聲音進行擴大,即便在後排的人也能聽到。而三體中的設定,就是把恒星當成一個擴音器。

三體中雖然沒有詳細說明,爲何可以利用太陽作爲信號放大器,但是有種假設前提就是太陽內部有種未知的電離結構,當信號進入其中後,激發了某種狀態,實現信號放大的效果。

而且這個放大效果不是幾倍,而是幾十億倍的被放大。最終傳播到數光年外的三體星,被地外的三體文明接收到,從而引發了地球人與三體人的矛盾。

然而,在現實中這種設想根本就不會存在。因爲太陽本身就是一個巨大的信號源,雖然其絕大部分輻射能量都是以可見光的方式存在。然而,即便是剩下能量發送的電磁信號,也遠遠超過了人類發射的能量強度。

在理論上來說,這些信號發送到太陽中後,就如同一滴水掉進大海中,不僅不會放大,而且還會埋沒其中。

而想要達到信號擴大的效果,僅靠太陽內部某種機制,顯然不太現實,但是也並非沒有機會,那就是引力透鏡效應。

根據愛因斯坦的相對論,在致密天體周圍,空間出現扭曲,這種扭曲在特定的角度下,會呈現出放大鏡的效果,放大鏡很多人小時候都玩過,可以進行聚焦。

當散射過來的陽光,經過放大鏡後,就可以聚焦成爲一個點,從而增加了能量強度。而人類發送的電磁信號,經過引力透鏡後,進行聚焦的話,那麽就可以一定程度上進行放大。

但是有一點與三體中設定不同的是,這個信號信號只能聚焦到一個點,也就是有個特定方向,無法達到三體中說的那種全頻率廣播的情況。

哈工大新發現,或許通過另外一種方式擴大信號

近日,哈工大發表了一篇論文,發表在《自然·通訊》雜志上面,論文的名字爲《具備時間分辨率的太陽日冕中磁流體動力學波棱鏡效應》。

這篇論文是什麽意思呢?雖然無法像三體一樣把太陽當做信號放大器,但是卻可以如同引力透鏡一樣,對信號進行聚焦從而提高能量強度。

我們都知道太陽是一個巨大的火球,無時無刻都在釋放能量。太陽在釋放能量的過程中,也不是一直都風平浪靜,而是經常會呈現出劇烈的活動,其中一個就是太陽耀斑。

在發生太陽耀斑期間,會釋放出比平時更大的能量,一部分物質被抛射到太空中,這貨在那個現象被稱爲日冕物質抛射。

這些被抛射的物質即便都是電離的等離子體,如果這些等離子體完全附著在磁場的磁力線上,當電磁波在這種介質中傳播的時候,被稱爲磁流體動力學波。

而哈工大的科研人員在研究日冕的過程中,就發現了一個現象,那就是當磁流體動力學波在經過日冕一些區域的時候,竟然被聚焦了起來。其過程就好像放大鏡在聚焦光線一樣。

這個能夠聚焦的區域被稱爲冕洞,而冕洞是日冕中溫度較低、等離子體密度較低,磁場強度較低的區域,因爲在觀測時候,這處地方的輻射比較弱,看起來顔色較低,所以就被稱爲冕洞。

根據觀測,當磁體動力學波經過冕洞的時候,會由四周擴散變爲焦點聚焦,其聚焦後的波動振幅增加了3倍左右,所攜帶的能量提升了7倍左右。

雖然有一定放大效果,但是與三體中信號被放大數十億倍顯然差距太大,並且地球信號發送到太陽,由于其距離本身就有1.5億公裏,本來就衰減很多,即便放大個幾倍,恐怕還沒沒有最初從地球上發送的信號能量大了。

所以,那些以葉文潔爲偶像,想要向地外文明發射信號的朋友,可能要失望了。雖然冕洞對電磁信號確實可以起到聚焦和放大的效果,但是想要如三體那樣,向地外文明發送信號,還差遠了。

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