{"id":4255,"date":"2011-02-04T00:32:52","date_gmt":"2011-02-03T23:32:52","guid":{"rendered":"http:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=4255"},"modified":"2011-02-03T20:47:07","modified_gmt":"2011-02-03T19:47:07","slug":"kommunikation-ueber-interstellare-distanzen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2011\/02\/04\/kommunikation-ueber-interstellare-distanzen\/","title":{"rendered":"Kommunikation &uuml;ber interstellare Distanzen"},"content":{"rendered":"<p>Ich bin doch noch auf ein Thema gekommen, dass vielleicht den einen oder anderen interessiert. Kann man &uuml;ber interstellare Distanzen miteinander kommunizieren?<\/p>\n<p>Nun man kann das sich exakt ausrechnen, ich habe da auch eine Formel von Ruppe aus den fr&uuml;hen Achtzigern. Sie liefert aber etwas niedrige Datenraten, wenn man sie auf bekannte Systeme von Raumsonden\/Empf&auml;nger anwendet. Daher versuche ich mal eine Extrapolation aus bekannten Daten. Zuerst mal die Fakten:<\/p>\n<p><!--more--><\/p>\n<ul>\n<li>Voyager 2 sandte aus Neptunentfernung (4,5 Milliarden km) mit einer Datenrate von 19.200 Bit\/s<\/li>\n<li>Die Sendeantenne hatte 3,74 m Durchmesser, die Empfangsantenne 70,00 m Durchmesser<\/li>\n<li>Die Sendeleistung betrug 23 Watt bei 8418 MHz Sendefrequenz<\/li>\n<\/ul>\n<p>So nun noch einige Gesetzm&auml;&szlig;igkeiten<\/p>\n<ul>\n<li>Die Datenrate nimmt mit der Sendeleistung linear zu.<\/li>\n<li>Die Datenrate nimmt quadratisch mit der Entfernung ab<\/li>\n<li>Die Datenrate nimmt quadratisch mit dem Durchmesser der Sende- oder Empfangsantenne zu<\/li>\n<li>Die Datenrate nimmt quadratisch mit der Sendefrequenz zu.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Damit haben wir alles um die Kommunikation &uuml;ber interstellare Distanzen zu berechnen. Nehmen wir erst mal Voyager. Nehmen wir mal an, sie gelangt bis zum n&auml;chsten Stern Alpha-Centauri in 4,3 Lichtjahren Entfernung. Wie hoch w&auml;re ihre Datenrate?<\/p>\n<p>Ein Lichtjahr sind 9?460?730?472?580?800 km. Die Datenrate ist daher 19200 Bit\/s * (4,5&#215;10<sup>9<\/sup>\/4.3*9,461&#215;10<sup>12<\/sup>)? = 0.00023 Bit\/s<\/p>\n<p>Das d&uuml;rfte weit unterhalb der Schwelle sein, wo das Signal im Rauschen untergeht. So geht das also nicht. Wir d&uuml;rfen aber voraussetzen, dass wir nat&uuml;rlich nicht mit Raumsonden kommunizieren, sondern einer Zivilisation, die mindestens die gleichen M&ouml;glichkeiten wie wir hat.<\/p>\n<p>Dazu ben&ouml;tigt man noch die Sendeleistung der DSN Antennen. Ich habe da verschiedene Werte gefunden und mich mal f&uuml;r den mit 34 kW entschieden.<\/p>\n<p>Mit den bekannten Gesetzm&auml;&szlig;igkeiten erh&ouml;ht sich nun die Datenrate um den Faktor (70 m\/3.74 m)?*34000\/23 Watt = 121 Bits\/s<\/p>\n<p>Das ist nicht viel, reicht aber doch aus um einfache Textnachrichten zum n&auml;chsten Stern zu schicken.? Bei 6 Bit pro Zeichen (ausreichend f&uuml;r Buchstaben, Zahlen, Sonderzeichen) ist so eine Buchseite mit 2000 Zeichen in 100 s &uuml;bertragen. Das sind enn man rund 8 Stunden pro Tag sendet (mehr d&uuml;rfte wegen der Erdrotation kaum m&ouml;glich sein) knapp 300 Seiten pro Tag.<\/p>\n<p>Die letzte Frage: Wie hoch ist die Reichweite, wenn man 1 Bit\/s Datenrate als Minimum ansieht? Nun Sie steigt um ?121 = 11 * 4,3 LJ also auf rund 47,3 Lichtjahre<\/p>\n<p>Wenn man noch etwas weiter geht und h&ouml;here Sendefrequenzen nimmt &#8211; bei der Satellitenkommunikation sind Downlinkfrequenzen von 12,5 GHz &uuml;blich, so erh&ouml;ht sich die Reichweite auf bis zu 70 Lichtjahre. Leider gibt es hier eine Grenze. ei h&ouml;heren Frequenzen kommt man in den Bereich in dem Molek&uuml;le in der Atmosph&auml;re zum Schwingen angeregt werden und so die Kommunikation st&ouml;ren. Auf der Erde st&ouml;rt z.B. Wasserdampf bei h&ouml;heren Frequenzen. (Es hat seinen Grund warum, alle DSN Stationen in W&uuml;sten oder Halbw&uuml;sten stehen).<\/p>\n<p>Auf der Erde gibt es auch st&auml;rkere Sender (bis 400 kW Leistung) und gr&ouml;&szlig;ere Antennen (bis 300 m), doch meistens gibt es dann Einschr&auml;nkungen. Die Arecibo Antenne ist z.B. nicht mehr frei beweglich. Optische Kommunikation wird wahrscheinlich wegen des Lichts des Sterns direkt neben dem Planeten ausscheiden. Was aber m&ouml;glich w&auml;re, w&auml;re ein gro&szlig;es Array kleiner Antennen f&uuml;r den Empfang und das Senden zu koppeln und die Signale zu integrieren. Das Optimum wird wohl darin liegen, sehr viele Antennen die in der Gr&ouml;&szlig;e von heutigen Satelliten Sende\/Empfangsstationen liegen zu kombinieren. Z.B. haben 30 Antennen von je 12 m Gr&ouml;&szlig;e dieselbe Empfangsfl&auml;che wie eine 70 m Antenne. Nat&uuml;rlich m&uuml;ssen die Sender synchronisiert werden, was aber bei den niedrigen Datenraten kein Problem ist.<\/p>\n<p>Ein ganz anderes Problem ist die Signallaufzeit &#8211; im g&uuml;nstigsten Fall 8,6 Jahre (einmal hin und zur&uuml;ck), im ung&uuml;nstigsten Fall sogar ein Jahrhundert. Und dann muss man erst mal bei den vielen Sternen eine Zivilsation finden die schon Radioteleskope (oder noch Radioteleskope) einsetzt. Oder man macht es sich einfach wie bei der<a href=\"http:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Arecibo_message\" target=\"_blank\"> Seti Nachricht<\/a>, die man zu einem 25.000 Lichtjahre entfernten Sternhaufen shcickte. Da erreicht man auf einmal Tausende Sterne. Dumm nur, dass wenn wir jetzt eine Antwort erwarten, die Nachricht schon vor 50.000 Jahren von den Neanderthalern gesendet werden m&uuml;sste&#8230;.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Ich bin doch noch auf ein Thema gekommen, dass vielleicht den einen oder anderen interessiert. Kann man &uuml;ber interstellare Distanzen miteinander kommunizieren? Nun man kann das sich exakt ausrechnen, ich habe da auch eine Formel von Ruppe aus den fr&uuml;hen Achtzigern. 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