Qual é a distância máxima de transmissão do sinal de rádio no espaço sideral que ainda pode ser entendida?

Vou colocar essa questão na forma de um problema de física: O transmissor no ponto A envia um sinal para um receptor no ponto B. Qual é a maior distância em anos-luz dos pontos A a B para o qual o receptor ainda pode entender o sinal?

Dado:

Tipo de sinal: onda eletromagnética.
Frequência de sinal: frequência em que o sinal diminui menos - provavelmente o rádio.
Forma de sinal:
- Variante 1: feixe da maior concentração possível.
- Variante 2: esfera completa.
Potência do transmissor: potência do transmissor mais poderoso que se sabe construir na Terra.
Receptor: sensibilidade do receptor mais sensível conhecido por ser construído na Terra.
Meio de transmissão: espaço interestelar.
Compreensão de um sinal:
- Variante A: Pode detectar que o sinal não é um ruído.
- Variante B: Pode decodificar as informações no sinal.

radio-astronomy

— Kestas
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Depende muito do que é o sinal. Alguns sinais são como barulho. Você deve esclarecer um pouco. O sinal compreensível mais simples é apenas um trem de pulsos, periódico e não pode transportar informações.

— Envite

Um trem de pulsos ainda contém informações.

— Astromax

physics.stackexchange.com/a/87997/30000 - confira esta pergunta relacionada. Como os transmissores de rádio são apenas outra variedade de fontes de luz no que diz respeito à astronomia, precisaremos de transmissores comparáveis em potência às estrelas para torná-las visíveis nas distâncias entre as estrelas (podemos obter alguma potência de sinal através da focagem, mas ainda melhor exigem um milionésimo da potência "quente de Júpiter", que é bastante grande).

— oakad

Relacionado: O que é um orçamento de link e como faço para criar um? no Amateur Radio (se você conhece a sensibilidade, a frequência e a distância do receptor, pode descobrir a potência irradiada efetiva necessária; basta adicionar ganhos de antena a seu gosto) e a última parte da minha resposta para Qual é a distância que uma espaçonave percorreu da Terra? na Exploração Espacial, que trata de conversar com a Voyager 1 pela Deep Space Network. A figura crítica nos cálculos de perda de espaço livre é a distância em comprimentos de onda.

— um CVn

Com esta pergunta, estou interessado em que tipo de transmissores e receptores precisaríamos nos comunicar com uma colônia humana ou alienígenas, por exemplo, o planeta da estrela mais próxima (por exemplo, Alpha Centauri).

— Kestas

Respostas:

Isso não pode ser dito corretamente, uma vez que nós, humanos, mal viajamos para a lua e enviamos sondas espaciais para explorar outros planetas em nosso sistema solar. Então, teoricamente, tudo pode ser possível. Estou tentando ser um pouco prático aqui. O único objeto feito pelo homem que foi realmente longe é a Voyager 1 , que está a uma distância de 18,7 bilhões de quilômetros (125,3 UA) do sol. Embora lançado em 1977, é o único transmissor e receptor ao vivo que está tão longe.

O sistema de radiocomunicação da Voyager 1 foi projetado para ser usado até e além dos limites do Sistema Solar. O sistema de comunicação inclui uma antena parabólica de alto ganho com 3 * .7 metros (12 pés) de diâmetro * para enviar e receber ondas de rádio através das três estações da Deep Space Network na Terra. A Voyager 1 normalmente transmite dados para a Terra através do Canal 18 da Rede do Espaço Profundo, usando uma frequência de 2296.481481 MHz ou 8420.432097 MHz, enquanto os sinais da Terra para a Voyager são transmitidos a 2114.676697 MHz. A partir de 2013, os sinais da Voyager 1 levam mais de 17 horas para chegar à Terra.

Concordo que existem transmissores poderosos no mundo do que o que está presente na Voyager 1, mas a maioria deles ainda não foi testada . Portanto, podemos ser exatos com as medidas.

— Mahe
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Isso parece um pouco vazio e insatisfatório. Todo o campo da astronomia trata de medir e teorizar sobre lugares em que nunca estivemos. Certamente sabemos algo sobre a física dos sinais de rádio no vácuo e podemos supor os efeitos do espaço interestelar na degradação do sinal. Talvez o autor não tenha fornecido informações suficientes para definir o problema, mas dizer "não sei porque ainda não estivemos lá" parece um pouco ausente. Sem ofensa; Só não acho que sua premissa de abertura esteja correta.

— Robert Cartaino

A razão é que existem muitas variáveis! Qualquer sinal que passa por um sol ou pulsar pode ser totalmente eliminado pelo forte ruído eletromagnético que produzem. Outro problema é que o decaimento dos sinais de rádio, mesmo sem interferência, não é uma coisa simples de calcular, ele realmente requer testes no ambiente que o sinal encontrará.

De qualquer forma, é realmente inútil porque as ondas de rádio são completamente inúteis para a comunicação interestelar. Eles estão se movendo muito devagar para qualquer uso significativo. Mesmo o sistema solar mais próximo levaria 4 anos para enviar um sinal e mais 4 anos para obter uma resposta.

— Robbyg
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Se as ondas de rádio estiverem muito lentas, você tem uma opção melhor?

— jmh