Voyager 1 से प्रेषित प्रति बिट प्राप्त फोटॉनों की संख्या

 (physics.stackexchange.com)
1 पॉइंट द्वारा GN⁺ 2024-06-04 | 1 टिप्पणियां | WhatsApp पर शेयर करें

Voyager 1 द्वारा भेजे गए प्रति बिट प्राप्त होने वाले फोटॉनों की संख्या

प्रश्न

  • प्रश्नकर्ता: Craig Gidney
  • प्रश्न: जब Voyager 1 पृथ्वी पर संदेश भेजता है, तो प्रति बिट प्रेषित और प्राप्त होने वाले फोटॉनों की संख्या कितनी होती है, यह जानना चाहते हैं.

उत्तर 1

गणना के लिए आवश्यक तत्व

  • रिसीवर: 70m डिश एंटेना (उदाहरण: Deep Space Network का CDSCC)
  • प्रेषण आवृत्ति: 2.3GHz या 8.4GHz (8.4GHz मानकर)
  • प्राप्त फोटॉन: एंटेना डिश तक पहुँचने वाले सभी फोटॉन, या इलेक्ट्रॉनिक सर्किट में प्रवेश करने वाले फोटॉन

उत्तर

  • प्रेषण दर: Voyager 1, 23W पर 160 बिट/सेकंड की दर से प्रेषित करता है
  • प्रेषित फोटॉनों की संख्या: 8.3GHz आवृत्ति पर 4×10²⁴ फोटॉन/सेकंड, प्रति बिट 2.6×10²² फोटॉन
  • प्राप्त फोटॉनों की संख्या: पृथ्वी तक पहुँचने वाली शक्ति 3.4×10⁻²² W/m² है, 70m डिश एंटेना द्वारा एकत्रित शक्ति 1.3 attowatt (1.3×10⁻¹⁸W) है, यानी प्रति बिट लगभग 1500 फोटॉन
  • आवश्यक फोटॉनों की संख्या: thermal noise और circuit noise को ध्यान में रखते हुए, 8.3GHz पर प्रति बिट लगभग 25 फोटॉन आवश्यक हैं

उत्तर 2

अतिरिक्त जानकारी

  • एंटेना सामग्री: carbon fiber reinforced plastic, धातु-लेपित नहीं
  • दक्षता: डिश सतह की दक्षता लगभग 25% है, इसलिए यह गणना किए गए मान से 3-5dB कम हो सकती है
  • प्रेषण दर: engineering traffic 40 बिट/सेकंड पर भेजा जाता है, जो science stream की तुलना में अधिक margin देता है

GN⁺ की राय

  • दिलचस्प बात: यह तथ्य कि Voyager 1 अब भी पृथ्वी से संचार कर सकता है, अंतरिक्ष अन्वेषण की एक अद्भुत उपलब्धि है.
  • तकनीकी चुनौती: इतनी दूर दूरी से सिग्नल प्राप्त करना अत्यंत कठिन कार्य है, और यह एंटेना तकनीक तथा signal processing तकनीक की प्रगति को दिखाता है.
  • व्यावहारिक विचार: अंतरिक्ष अन्वेषण में सिग्नल रिसेप्शन की दक्षता बढ़ाने के लिए बड़े एंटेना और बेहतर noise handling तकनीक की आवश्यकता होती है.
  • संबंधित तकनीक: अन्य अंतरिक्ष यानों में भी इसी तरह की तकनीक का उपयोग होता है, और यह अंतरिक्ष संचार का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है.
  • आलोचनात्मक दृष्टिकोण: carbon fiber reinforced plastic के उपयोग के कारण दक्षता घट सकती है, और इसका दीर्घकालिक संचार पर प्रभाव पड़ सकता है.

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1 टिप्पणियां

 
GN⁺ 2024-06-04
Hacker News राय

  • पहली टिप्पणी: यह उम्मीद नहीं थी कि यह सवाल Hacker News पर इतना लोकप्रिय हो जाएगा। क्वांटम error correction पर काम करते समय repetition code के उपयोग के उदाहरण इकट्ठा करने की कोशिश कर रहा था। क्वांटम computing कठिन है क्योंकि repetition उल्टा समस्या को और खराब कर देता है। इससे बचाने के लिए विशेष भौतिक गुणों या जटिल error correction रणनीतियों की ज़रूरत होती है.

  • दूसरी टिप्पणी: Shannon limit को पार किया जा सकता है। Shannon ने Gaussian noise मानकर काम किया था, लेकिन अगर photon-counting receiver इस्तेमाल करें तो Poisson distribution का उपयोग करना चाहिए। PPM फ़ॉर्मेट और photon counter का उपयोग करने से बेहतर performance मिल सकती है.

  • तीसरी टिप्पणी: जिन लोगों की रुचि communication की अंतिम सीमाओं में है, उनके लिए Jim Gordon का paper सुझाया गया है। physics की degree न हो तब भी इसे समझना आसान है। Gordon Nobel Prize के हकदार थे, लेकिन उन्हें मिला नहीं.

  • चौथी टिप्पणी: antenna की radiated energy का बहुत बड़े क्षेत्र में फैल जाना loss का मुख्य कारण है। जिज्ञासा है कि क्या आज के probe laser का उपयोग करके communication कर सकते हैं। laser signal की directionality को बहुत बेहतर बना सकता है.

  • पाँचवीं टिप्पणी: Voyager space probe के बारे में सवाल पूछते-पूछते गहराई में उतर गया। एक PDF मिला जिसमें technical details को समझने में आसान तरीके से समझाया गया है.

  • छठी टिप्पणी: कभी यह नहीं सोचा था कि Voyager पृथ्वी से कैसे communication करता है। अगर Voyager पृथ्वी की ओर photon भेजता है, तो रिसीवर उस photon को कैसे पहचानता है और signal को decode कैसे करता है, यह जानने की जिज्ञासा है.

  • सातवीं टिप्पणी: यह नहीं सोचा था कि गणित इतना सरल होगा। जिज्ञासा है कि क्या लेखक ने कुछ छोड़ा है, या फिर यह दायरा उचित है.

  • आठवीं टिप्पणी: बहुत दिलचस्प है। लेकिन 1500 photons का receiver तक पहुँचना इतना कम लगता है कि signal शायद noise में दब जाए। जिज्ञासा है कि क्या Voyager signal को कई बार दोहराकर भेजता है। यह भी जानना है कि और जानकारी कहाँ मिल सकती है.

  • नौवीं टिप्पणी: asteroid की radar imaging में प्राप्त photons की संख्या प्रभावशाली है। asteroid ज़्यादा पास है, लेकिन radar equation में received power दूरी के चौथे घात के व्युत्क्रमानुपाती होती है.

  • दसवीं टिप्पणी: photons के बारे में एक दिलचस्प बात यह है कि हो सकता है वे अस्तित्व में ही न हों। electromagnetic field photon स्तर पर quantized नहीं होता। photons केवल तब मौजूद होते हैं जब electromagnetic field matter के साथ interact करता है। जिज्ञासा है कि single-photon experiment में वास्तव में क्या मापा जाता है.