Voyager 1'in ilettiği bit başına alınan foton sayısı
Soru
- Soran: Craig Gidney
- Soru içeriği: Voyager 1 Dünya'ya mesaj gönderdiğinde, iletilen ve alınan bit başına kaç foton olduğunu merak ediyor.
Yanıt 1
Hesaplama için gerekli unsurlar
- Alıcı: 70 m çanak anten (ör. Deep Space Network'ün CDSCC'si)
- İletim frekansı: 2.3 GHz veya 8.4 GHz (8.4 GHz varsayılıyor)
- Alınan fotonlar: Anten çanağına ulaşan tüm fotonlar veya elektronik devrelere giren fotonlar
Yanıt
- İletim hızı: Voyager 1, 160 bit/sn hızında, 23 W ile iletiyor
- İletilen foton sayısı: 8.3 GHz frekansta saniyede 4×10²⁴ foton, bit başına 2.6×10²² foton
- Alınan foton sayısı: Dünya'ya ulaşan güç 3.4×10⁻²² W/m², 70 m çanak antenle toplanan güç 1.3 attowatt (1.3×10⁻¹⁸ W), bit başına yaklaşık 1500 foton
- Gerekli foton sayısı: Isıl gürültü ve devre gürültüsü hesaba katıldığında, 8.3 GHz'de bit başına yaklaşık 25 foton gerekli
Yanıt 2
Ek bilgi
- Anten malzemesi: Karbon fiber takviyeli plastik, metalize edilmemiş
- Verimlilik: Çanak yüzeyinin verimliliği yaklaşık %25, bu da hesaplanan değerden 3-5 dB daha düşük olabilir
- İletim hızı: Mühendislik trafiği 40 bit/sn hızında iletiliyor, bu da bilim akışına göre daha yüksek marj sağlıyor
GN⁺ yorumu
- İlginç nokta: Voyager 1'in hâlâ Dünya ile iletişim kurabiliyor olması, uzay araştırmalarının olağanüstü bir başarısı.
- Teknik zorluk: Bu kadar uzak mesafeden sinyal almak son derece zor bir iş ve bu durum anten teknolojisi ile sinyal işleme teknolojisinin gelişimini gösteriyor.
- Pratik değerlendirmeler: Uzay araştırmalarında sinyal alım verimliliğini artırmak için daha büyük antenlere ve daha iyi gürültü işleme teknolojilerine ihtiyaç var.
- İlgili teknoloji: Benzer teknikler diğer uzay sondalarında da kullanılıyor; bu da uzay haberleşmesinin önemli bir parçası.
- Eleştirel bakış: Karbon fiber takviyeli plastik kullanımı verimliliği düşürebilir ve bu da uzun vadeli iletişimi etkileyebilir.
1 yorum
Hacker News yorumu
Birinci yorum: Sorunun Hacker News'te popüler olacağını düşünmemiştim. Kuantum hata düzeltme üzerinde çalışırken tekrar kodlarının kullanım örneklerini toplamaya çalışıyordum. Kuantum hesaplama zor çünkü tekrar etmek durumu daha da kötüleştiriyor. Bunu korumak için özel fiziksel özellikler veya karmaşık hata düzeltme stratejileri gerekiyor.
İkinci yorum: Shannon sınırı aşılabilir. Shannon, Gaussian gürültü varsayar ama photon-counting alıcıları kullanıldığında Poisson dağılımı kullanılmalıdır. PPM biçimi ve photon counter kullanılırsa daha iyi performans elde edilebilir.
Üçüncü yorum: İletişimin nihai sınırlarıyla ilgilenenlere Jim Gordon'ın makalesini tavsiye ediyorum. Fizik diploması olmadan da anlaşılması kolay. Gordon Nobel almayı hak etmişti ama alamadı.
Dördüncü yorum: Ana kayıp nedeni, antenin yaydığı enerjinin geniş bir alana dağılması. Günümüz sondalarının iletişim için lazer kullanıp kullanamayacağını merak ediyorum. Lazerler sinyalin yönlülüğünü büyük ölçüde iyileştirebilir.
Beşinci yorum: Voyager uzay sondaları hakkında soru sorarken konunun içine fazlasıyla daldım. Teknik ayrıntıları anlaşılır şekilde açıklayan bir PDF buldum.
Altıncı yorum: Voyager'ın Dünya ile nasıl iletişim kurduğunu hiç düşünmemiştim. Voyager Dünya'ya photon gönderdiğinde, alıcı tarafta bu photonların nasıl algılandığını ve sinyalin nasıl decode edildiğini merak ediyorum.
Yedinci yorum: Matematiğin bu kadar basit olacağını düşünmemiştim. Yazarın hesaba katmadığı bir şey olup olmadığını ya da bu kapsamın makul olup olmadığını merak ediyorum.
Sekizinci yorum: Çok ilginç. Ama alıcıya ulaşan 1500 photon çok az görünüyor; sanki sinyal gürültü içinde kaybolurmuş gibi. Voyager sinyali birçok kez tekrar tekrar mı gönderiyor, merak ediyorum. Daha fazla bilgiyi nerede bulabileceğimi de bilmek isterim.
Dokuzuncu yorum: Asteroitlerin radar görüntülemesinde alınan photon sayısı etkileyici. Asteroitler daha yakın ama radar denkleminde alınan güç mesafenin dördüncü kuvvetiyle ters orantılı.
Onuncu yorum: Photonlarla ilgili ilginç noktalardan biri, aslında var olmayabilecek olmaları. Elektromanyetik alan photon düzeyinde kuantalanmaz. Photonlar yalnızca elektromanyetik alan maddeyle etkileşime girdiğinde var olur. Tek photon deneylerinde gerçekte neyin ölçüldüğünü merak ediyorum.