丹丘生

太空通信是个问题

虽然人类的足迹至今未出太阳系，但俗话说“兵马未动，粮草先行”，要想飞往更遥远的空间，一个问题亟需解决，即通信问题。因为虽然电磁波信号在几乎空无一物的太空能传播得很远，但毕竟信号强度以跟距离平方成反比的速度在衰减。比如说，假设我们的航天器从离我们最近的恒星系，即距地球约4.37光年的半人马座α星上，以几瓦的功率（这是目前航天器发射信号的平均功率）发射信号，那么这个信号到达地球早已“奄奄一息”了。我们需要建造直径大约53千米的射电望远镜才能勉强接收到，而这个望远镜所占面积比整个纽约还大，已非人力所及。

或许有人会说，何不提高信号的发射功率？要是发射功率提高10倍，望远镜的接收面积就可以缩小到1/10;提高100倍，就缩小到1/100……这当然在技术上不成问题。但提高发射功率，意味着要消耗更多的能量，而让飞行器携带更多能源上天，不仅极大地增加了发射成本，也影响了它的飞行速度。

在地球上，长距离无线通信也会遇到信号衰减问题。在这种情况下，我们通常会采用转播来解决，即初级信号被转播站接收后，经过放大，重新发射，再继续传播。

可是在茫茫太空中，谁来给我们转播呀？出乎你的意料，还真的存在一个天然“转播站”，那就是太阳！

太阳当透镜使

与人工转播不同，太阳能起转播作用，依据的是引力透镜效应。爱因斯坦的广义相对论预言，当来自遥远恒星的一束光，通过像太阳那样一个大质量天体附近时，由于周围的时空弯曲，会致使光束经过后汇聚于一点。由于这一现象跟凸透镜成像极为相似，所以叫引力透镜效应。天文学家已经在宇宙中多次观察到该现象。

引力透镜实质上起到了信号放大的作用。据计算，遥远恒星的光（可以当作平行光来处理）经太阳的引力透镜效应后，在“透镜”的焦点处，亮度会增大10亿倍。

你也许会说，你在谈引力透镜时，谈的都是光，可是我們在太空中用的信号是无线电波呀。这倒没问题。光和无线电波都属于电磁波。对光起作用的引力透镜，对无线电波也一样起作用。

如果能充分利用太阳这个天然的信号“转播站”，那么仅需一点点功率就能把遥远地方的数据传回我们太阳系。比如你要是从半人马座α星上给家人传自拍视频，只需要毫瓦级的发射功率（相当于一支普通激光笔的功率）即可。当然了，由于电磁波的传播速度没法超过光速，这个视频要在4年以后才能到达地球。

现实中的难题

那么，怎样才能充分利用太阳的引力透镜效应呢？

首先，我们得在太阳这个“透镜”系统的焦点位置接收被放大后的信号，然后再转播到地球。换句话说，需要在焦点处安置一架用于信号接收的太空望远镜（哪怕直径小到1米都行）。

可是那个焦点位置在距太阳900亿千米处，差不多是日地距离的600倍，离地球实在太遥远了！我们40年前发射的“旅行者1号”至今才飞到距太阳208亿千米的位置呢。但这件事又容不得我们偷懒，要是把太空望远镜安置在距太阳900亿千米以内，太阳非但不能把信号放大，还会起阻挡作用。

看来好事多磨，好在并非全无希望。新一代等离子推进器正在研制之中。这种新型推进器能以更少的能量，把太空飞行器更快地带到更远的地方。建成了太阳这个信号“转播站”，说不定以后我们还能跟外星人互发自拍视频呢。