土星的照片是如何傳回地球的？這速度比光速還快嗎？

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土星距離地球有13億千米的遙遠距離，那麼探測器在土星拍攝的照片是怎麼通過這距離的限制，傳輸到地球的呢？

探測器在拍攝完照片之後，會把照片轉換成二進位的數字信號，通過無線電波的形式傳輸到地球上。天文學家在地球上接受到這些信號之後，再把二進位數字信號轉換為各種格式的照片。著其中的原理與收音機接收無線電波信號的原理很相似，只不過收音機最後是轉換為音頻信號罷了。無線電波本質上就是電磁波，在真空中的傳輸速度就等於光速。

深空傳輸技術與地球上普通的信號傳輸技術相比，有兩個特別的困難。「深空」，顧名思義，就是深處的太空，所以深空傳輸技術最大的困難就是遙遠的距離。信號的強度與距離的平方成反比，隨著距離的增加，信號強度不斷衰減，而且衰減的速度也會越來越大，一旦發射的信號強度不夠，很可能在到達目的地之前就已經衰減到無法檢測到的程度了。另一個可能就是背景噪音的影響。在宇宙中，各種天體，包括恆星、星雲等，都會發出各種頻率的電磁信號。而且，近在咫尺的太陽本身就是一個巨大的噪音來源，它與其他各種信號一起組成了背景雜訊，使探測器發出的信號更加難以被檢測到了。土星的照片傳回地球可不是容易的事，深空傳輸今後將向激光傳輸方向發展。

首先，影響信號傳輸最大的困難就是距離。為了更好理解這個問題，不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。由於信號的強度和距離的平方成反比，隨著距離的增加信號的強度也成指數型減少。探測器和地球之間的關係和兩個人說話十分類似，當兩者距離達到12.8億千米的時候，地球所能接受到的探測器信號強度非常有限。除非使用超高靈敏度的接受天線，否則這一信號很難被檢測出來。

其次，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。

儘可能集中能量發射

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12.8億千米之外的探測器信號。

擴頻技術

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性。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。

信道編碼

即使獲得了有用的信號，信號在傳輸過程中依然有可能因為干擾而出現失真，這個時候就需要用信道編碼進行糾錯。為了增加通信的可靠性，人們利用信道編碼對原始信號增加特定的信息，從而達到在接收端進行判錯和糾錯的目的。舉一個簡單的例子，假設有人運送一批玻璃杯，為了保證運送途中不出現打爛玻璃杯的情況，人們通常用泡沫海綿之類的緩衝物將玻璃杯保護起來。當然，有得必有失。

由於增加了緩衝物，原來能裝100個玻璃杯的箱子可能只能裝80個了，剩下的空間被緩衝物所佔據。同樣的道理，信號的傳輸速率也會因為增加特定的糾錯編碼而下降(傳輸100bit的數據可能90bit都是糾錯碼，真正有用的數據僅有10bit)。

通過對原始信號增加特定的糾錯信息，信號即使在傳輸過程中出現差錯，也可以在接受端被發現和糾正。通常深空通信使用的信道編碼方式是LDPC碼(低密度奇偶校驗碼)，通過這種編碼方式，探測器所發出的信號可以更加穩定的傳輸到地面接收站。

土星距離地球數十億英里，想要直接到達，需要搭載70頓的燃料。而卡西尼借用引力彈弓效應，先後兩次掠經金星、一次掠經地球、一次掠經木星，最終抵達土星。這段迂迴路線是土星距離地球最近距離的將近三倍。不過，這樣的繞道飛行，並未更加耗時，反而大大節省了燃料。

土星和土衛一（你就知道土星環是多麼大了！）

經過6年8個月、35億千米的漫長太空旅行之後，北京時間2004年7月1日，卡西尼號按計劃順利進入環繞土星轉動的軌道，開始對土星大氣、光環和衛星進行科學考察。

從土星看回地球（人類第一次從其他行星拍到地球）

2005年1月14日，卡西尼號搭載的土衛登陸探測器惠更斯號與卡西尼號分離後，成功登陸土星最大的衛星土衛六，讓人類第一次看到了土衛六的表面。

土星和土衛六

2009年7月8日，卡西尼號證實土衛六存在液體。分析認為，土衛六表面流動著液態甲烷。

2015年9月，美國宇航局宣布，根據卡西尼的測量以及照片數據分析，土衛二擁有一個地下大海洋。

土星環液態水、有機物、熱源，這三種條件如果在穩定的情況下，將是創造生命的重要元素。發現外星生命，正是人類進行無數太空探索的重要動力之一。

歐洲航天局科學家讓·皮埃爾說：「在某種意義上，『卡西尼』號就像時間機器一樣，帶我們去探測以前從來沒有見過的世界，那個世界就像45億年前我們的地球。」

被很多人稱為「死星」的土衛一，今年4月26日，卡西尼號穿越了土星與土星環之間的空隙，並在這片神秘的未知之地完成了22次穿越。在此之前，從未有人類探測器穿過此區域。昨天，卡西尼還在拍攝土星的照片，然後將天線對準地球，回傳數據，發去他對家鄉的最後告別。
這張圖片里，除了有土星的所有衛星之外，還有火星、金星和我們的地球。

◤再見，卡西尼。為人類做出的貢獻！◢

無線電傳輸，速度跟光速一樣。速度30萬公里每秒。但是因為距離實在太遠了，為了避免信號損失嚴重，必須採取低頻高幅長波來協帶數據。如此一來，速率大大降低。每秒能傳輸的數據量最多只有幾百位元組。一張圖片傳回來真的需要的時間要以小時為單位了。

可見光與通訊信號(微波)都是電磁波，速度相同，真空下300000公里每秒

卡西尼號土星探測器是20世紀最後一艘行星際探測的大飛船，於1997年發射升空，2004年飛抵土星，進入環繞土星運行的軌道，同時放出一個名叫「惠更斯」的探測器，飛往土衛六，計劃在土衛六上找到地球如何形成有利於生命生長環境的線索。卡西尼號土星探測器不斷向地球傳回在土星拍攝的圖像，並有一些重大的發現。2012年3月，探測器發現土衛四上存在氧氣。2016年11月，卡西尼號已經處於土星探測任務的尾聲，於2017年9月墜向土星。卡西尼號於2016年11月30日進入探測新階段，並持續到2017年4月22日。2017年9月15日，卡西尼號將執行來自美國國家航空航天局（NASA）的最後一條指令：自我焚毀。

土星探測器拍攝土衛六表面壯美照片