Jumlah foton yang diterima per bit dari transmisi Voyager 1
Pertanyaan
- Penanya: Craig Gidney
- Isi pertanyaan: Ingin mengetahui berapa banyak foton yang dipancarkan dan diterima per bit ketika Voyager 1 mengirim pesan ke Bumi.
Jawaban 1
Elemen yang diperlukan untuk perhitungan
- Penerima: antena piringan 70 m (misalnya CDSCC milik Deep Space Network)
- Frekuensi transmisi: 2.3GHz atau 8.4GHz (diasumsikan 8.4GHz)
- Foton yang diterima: semua foton yang mencapai piringan antena atau foton yang masuk ke rangkaian elektronik
Jawaban
- Kecepatan transmisi: Voyager 1 mentransmisikan pada 160 bit/detik, 23W
- Jumlah foton yang dipancarkan: pada frekuensi 8.3GHz, 4×10²⁴ foton/detik, 2.6×10²² foton per bit
- Jumlah foton yang diterima: daya yang mencapai Bumi adalah 3.4×10⁻²² W/m², daya yang dikumpulkan oleh antena piringan 70 m adalah 1.3 attowatt (1.3×10⁻¹⁸W), sekitar 1500 foton per bit
- Jumlah foton yang dibutuhkan: dengan mempertimbangkan noise termal dan noise rangkaian, pada 8.3GHz dibutuhkan sekitar 25 foton per bit
Jawaban 2
Informasi tambahan
- Material antena: plastik yang diperkuat serat karbon, tidak dimetalisasi
- Efisiensi: efisiensi permukaan piringan sekitar 25%, bisa 3-5dB lebih rendah daripada nilai yang dihitung
- Kecepatan transmisi: lalu lintas engineering ditransmisikan pada 40 bit/detik, dengan margin lebih tinggi daripada aliran sains
Opini GN⁺
- Hal yang menarik: Fakta bahwa Voyager 1 masih dapat berkomunikasi dengan Bumi adalah pencapaian luar biasa dalam eksplorasi ruang angkasa.
- Tantangan teknis: Menerima sinyal dari jarak sejauh itu adalah pekerjaan yang sangat sulit, dan ini menunjukkan perkembangan teknologi antena dan pemrosesan sinyal.
- Pertimbangan praktis: Untuk meningkatkan efisiensi penerimaan sinyal dalam eksplorasi ruang angkasa, diperlukan antena yang lebih besar dan teknologi penanganan noise yang lebih baik.
- Teknologi terkait: Teknologi serupa juga digunakan pada wahana antariksa lain, dan ini merupakan bagian penting dari komunikasi antariksa.
- Sudut pandang kritis: Penggunaan plastik yang diperkuat serat karbon dapat menurunkan efisiensi, dan ini bisa memengaruhi komunikasi jangka panjang.
1 komentar
Komentar Hacker News
Komentar pertama: Tidak menyangka pertanyaan ini akan populer di Hacker News. Sedang mencoba mengumpulkan contoh penggunaan repetition code saat mengerjakan koreksi kesalahan kuantum. Komputasi kuantum sulit karena pengulangan justru memperburuk masalah. Untuk melindunginya, diperlukan sifat fisik khusus atau strategi koreksi kesalahan yang kompleks.
Komentar kedua: Batas Shannon bisa dilampaui. Shannon mengasumsikan noise Gaussian, tetapi jika menggunakan penerima penghitung foton, distribusi Poisson yang harus digunakan. Dengan format PPM dan penghitung foton, kinerja yang lebih baik bisa diperoleh.
Komentar ketiga: Bagi yang tertarik pada batas paling mendasar dari komunikasi, saya merekomendasikan makalah Jim Gordon. Makalah itu cukup mudah dipahami bahkan tanpa gelar fisika. Gordon pantas mendapat Nobel, tetapi tidak menerimanya.
Komentar keempat: Penyebab utama kehilangan adalah energi radiasi antena yang menyebar ke area yang luas. Saya penasaran apakah wahana antariksa masa kini bisa berkomunikasi menggunakan laser. Laser dapat sangat meningkatkan arah sinyal.
Komentar kelima: Saya terlanjur mendalami topik ini setelah mengajukan pertanyaan tentang wahana antariksa Voyager. Saya menemukan PDF yang menjelaskan detail teknisnya dengan cara yang mudah dipahami.
Komentar keenam: Saya belum pernah memikirkan bagaimana Voyager berkomunikasi dengan Bumi. Jika Voyager mengirim foton ke Bumi, saya penasaran bagaimana pihak penerima mengenali foton tersebut dan mendekode sinyalnya.
Komentar ketujuh: Saya tidak menyangka matematikanya sesederhana itu. Saya penasaran apakah ada hal yang tidak dipertimbangkan penulis, atau apakah cakupannya memang masuk akal.
Komentar kedelapan: Sangat menarik. Namun, 1.500 foton yang mencapai penerima terasa terlalu sedikit sehingga sinyalnya tampak akan tenggelam dalam noise. Saya penasaran apakah Voyager mengirim sinyal yang sama berulang kali. Saya juga ingin tahu di mana bisa menemukan informasi lebih lanjut.
Komentar kesembilan: Jumlah foton yang diterima dalam pencitraan radar asteroid sangat mengesankan. Asteroid memang lebih dekat, tetapi daya terima dalam persamaan radar berbanding terbalik dengan pangkat empat jarak.
Komentar kesepuluh: Hal yang menarik tentang foton adalah mungkin saja mereka sebenarnya tidak ada. Medan elektromagnetik tidak dikuantisasi pada tingkat foton. Foton hanya ada ketika medan elektromagnetik berinteraksi dengan materi. Saya penasaran apa yang sebenarnya diukur dalam eksperimen foton tunggal.