宇宙那麼大，探測器發送的信號是怎麼確保會傳到地球呢？

2006年1月，NASA發射「新視野號」無人探測器，駛向曾作為太陽系九大行星之一的冥王星。經過9年的漫長飛行後，「新視野號」於今年7月14日近距離掠過冥王星，成為人類首顆造訪冥王星的探測器。「新視野號」可能需要花費一整年的時間將7月拍攝到的冥王星近照傳回至地球。

目前，在太空中飛得最遠的人造物體是旅行者1號，它於1977年由美國航空航天局（NASA）發射，並於2012年越過了太陽風層頂，成為歷史上第一個進入星際介質的太空探測器。迄今為止，旅行者1號已經在太空中飛行了40年，目前距離我們大約140天文單位（209億千米，19光時）。另一艘太空探測器「旅行者2號」也於1977年發射，直到現在仍然是造訪過兩大冰巨星（天王星和海王星）的唯一太空探測器

雖然「旅行者」的信號很微弱，但NASA的「深空網路（DSN）」是世界最大最敏感的航天器通訊系統，由經度相隔120°，分布在美國加利福尼亞，西班牙馬德里和澳大利亞堪培拉三地的通訊設施組成，目前正在為NASA的30個探測器提供通訊支持。

位於加州戈德斯通的50萬瓦雷達拋物面直徑達70米，是全世界X波段最強大的雷達。科學家通過靈敏度極高的放大器接收「旅行者」的信號，再用極高的功率發射出去，就可以保證探測器接收到指令。

那麼探測器發送的信號是怎麼確保會傳到地球呢？

影響信號傳輸最大的困難就是距離。妨舉一個簡單的例子。假設兩個人正在說話，當兩個人相距1米的時候，一個人不用太大聲說話對方就能聽清。但是當兩個人的距離達到100米的時候，即使一個人大聲說話對方也不一定聽得起。

背景噪音也會直接影響到信號的傳輸。回到前一個例子，假設兩個人身處非常吵雜的體育場中。即使他們間相距1米，巨大的雜訊也會影響到兩者的溝通。如果兩者的距離擴大到100米，那麼無論再怎麼大聲說話對方也無法聽清。在我們的宇宙中，包括恆星在內的許多星體都會發出各種頻率的電磁信號。而在太陽系中，太陽所發出的的電磁波更是成為了巨大的雜訊源。這些雜訊累加在一起，成為宇宙空間的背景雜訊。隨著距離的增加，探測器的傳輸信號很容易淹沒在宇宙背景雜訊中，更加難以被檢測出來。

雪上加霜的是，信號在傳輸的過程中還會因為干擾而出現失真。由於距離太遠加之干擾巨大，信號中的二進位數據很容易出現錯誤。明明代表0的信號可能因干擾變成1，明明代表1的信號也可能因干擾而變成0。一旦信號失真，數據的還原就會出現嚴重的問題。

由於探測器和地球距離過於遙遠，任何沒有對準地球發出的信號都無法被接受到。為了提升發射信號效率，探測器的發射天線必須對準地球。只有將發射的能量儘可能的集中，地球才有可能接受到48億公里之外的探測器信號。

為了克服宇宙背景雜訊對信號帶來的影響，探測器在傳輸信號的過程中使用了擴頻技術。所謂的擴頻技術，是將原本用於傳輸的原始信號通過擴頻技術變成頻率較寬的新信號。在信號功率遠低於雜訊功率的情況下，通過擴展信號傳輸的頻譜可以極大的提升傳輸信號的穩定*。而將接受到的擴頻信號進行解調，就可以輕易的從背景噪音中獲取到所需的信號。

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