¿Cómo podría la gente de la Tierra comunicarse con la gente de Marte, o incluso de Júpiter? Vea más imágenes de exploración espacial. Albert Klein / Oxford Scientific / Getty Images Aquí en la tierra, nos hemos acostumbrado a sacar un teléfono inteligente y poder hablar, enviar mensajes de texto o enviar y recibir fotografías y videos desde prácticamente cualquier lugar de la superficie del planeta. Es más, dependemos cada vez más de aprovechar lo vasto, cantidad creciente de información en Internet para guiarnos, ya sea que estemos tratando de hacer una investigación científica o de encontrar la ruta más rápida para una cita.
Pero el tipo de acceso instantáneo y ancho de banda al que estamos acostumbrados aún no existe en el espacio. Las enormes distancias del espacio, para uno, crear grandes retrasos para las comunicaciones electrónicas, y las señales tienen que llegar desde la superficie de otro planeta de regreso a la Tierra a través de un guante de radiación espacial que degrada su claridad. Para hacerlo aún más difícil los planetas mismos están en continuo movimiento, y pueden llegar a posiciones en las que su masa, o la del sol, puede bloquear una señal.
Si imagina que es un astronauta que ha sido enviado para establecer una colonia en Marte, cuya distancia de la Tierra varía entre 35 millones y 140 millones de millas (56 y 226 millones de kilómetros), esos obstáculos a la comunicación podrían ser un problema abrumador [fuente:Space.com]. Si intenta hablar o enviar un mensaje de texto al control de la misión en la Tierra utilizando la tecnología actual, hay un tiempo de retraso de entre tres y 21 minutos. Eso podría dificultar bastante la conversación. E imagina que ves algo realmente increíble y quiero mostrárselo. Es posible que pueda transmitir laboriosamente una foto fija, pero olvídese de transmitir una imagen de video en vivo desde la superficie marciana; La NASA admite que eso no es posible con el nivel de artilugios que tenemos ahora [fuente:NASA]. E incluso con una actualización reciente, Los rovers robóticos en Marte solo han podido alcanzar una velocidad de transmisión de datos de solo 256 kilobits por segundo [fuente:Bridges]. Eso sería rápido en la Tierra, es decir, la Tierra a mediados de la década de 1990, cuando la gente todavía usaba conexiones de acceso telefónico. Ejecutar aplicaciones en la nube o examinar los mapas de Marte de alta resolución de Google en busca de direcciones estaría prácticamente fuera de discusión.
Las dificultades se magnificarían asombrosamente si te aventuraras más allá de Plutón, y se atrevió a intentar llegar a un planeta parecido a la Tierra en un sistema solar vecino. Es por eso que los científicos han estado destrozando sus cerebros durante décadas, tratando de encontrar formas de llegar y tocar a alguien, como solían expresar los anuncios de las antiguas compañías telefónicas, a través de la sobrecogedora extensión del cosmos. Aquí hay 10 de las ideas que se les han ocurrido a lo largo de los años.
El autor de ciencia ficción Arthur C. Clarke en 2003. Luis Enrique Ascui / Getty Images La idea de construir una red de satélites que se extienda por casi todo el sistema solar de 3.700 millones de millas (6.000 millones de kilómetros) desde Mercurio hasta Plutón suena un poco alucinante. Pero, allá por 1945, cuando el científico británico y escritor de ciencia ficción Arthur C. Clarke escribió un artículo en una revista en el que imaginaba una red global de comunicaciones de satélites orbitales, eso probablemente parecía bastante extravagante, también. Sin embargo, hoy dia, tenemos satélites por todos lados, que permiten realizar una llamada telefónica o enviar un mensaje de texto o correo electrónico prácticamente a cualquier lugar del planeta [fuente:USAF Air University]. Y de hecho, los visionarios soñaban con una versión interplanetaria de la red de comunicaciones global de Clarke incluso antes de que los primeros satélites de telecomunicaciones de la Tierra entraran en órbita.
En 1959, Los científicos espaciales George E. Mueller y John E. Taber dieron una presentación en una convención de electrónica en San Francisco, titulado "Un sistema de comunicación interplanetario, "que describía cómo configurar transmisiones digitales de larga distancia en el espacio, a través de ondas de radio [fuente:Mueller y Taber]. Cuarenta años después, dos científicos, Stevan Davidovich y Joel Whittington, bosquejó un sistema elaborado, en el que tres satélites se pondrían en órbita polar alrededor del sol, y otros en órbitas geosincrónicas o polares alrededor de los diversos planetas.
Los satélites luego se conectarían a una red que podría captar mensajes de radio de naves espaciales tripuladas o sondas robóticas. y luego transmitirlos hacia arriba o hacia abajo desde un planeta u otro hasta que lleguen a la Tierra [fuente:Davidovich y Whittington]. Hasta aquí, aunque, no ha habido ningún movimiento para construir un sistema de este tipo, quizás debido al costo de poner múltiples satélites en órbita alrededor de cuerpos celestes distantes es probable que sea enorme.
El uso de ondas de radio limita la velocidad de transmisión de datos. Grove Pashley / Elección del fotógrafo / Getty Images Como mencionamos en la introducción, Las transmisiones de datos en el espacio actualmente están estancadas a velocidades mucho más lentas que la Internet de banda ancha que estamos acostumbrados a tener en la Tierra. La razón, sin entrar en todas las matemáticas sofisticadas, es que debido a las frecuencias relativas en las que operan las ondas de radio, están limitados en la cantidad de datos que pueden manejar. (Es posible que haya notado este efecto si tiene un enrutador de Internet inalámbrico en su hogar u oficina; simplemente no es tan rápido ni confiable como una conexión por cable).
A diferencia de, la energía concentrada de una luz láser, que tiene una frecuencia más corta, puede manejar muchos más datos. Adicionalmente, porque los láseres no se propagan tanto como las transmisiones de radio, requieren menos energía para transmitir datos [fuente:Ruag.com]. Es por eso que la NASA está trabajando en el Proyecto de Comunicaciones Ópticas del Espacio Profundo, que cambiaría a utilizar láseres en lugar de transmisores y receptores de radio. Eso aumentaría la cantidad de datos que se transmiten de 10 a 100 veces más de lo que pueden hacer los equipos de radio de última generación, lo que haría que Internet interplanetario fuera aproximadamente tan rápido como una conexión de banda ancha típica en la Tierra [fuente:NASA]. Pero conseguir que la comunicación láser funcione en el espacio no es un juego de niños. La NASA ha realizado trabajos a pequeña escala, demostraciones de transmisión de datos láser en el espacio a baja velocidad de datos, y está trabajando para desarrollar un sistema de comunicación láser que eventualmente se probará en un satélite en órbita lunar [fuente:NASA]. Finalmente, La transmisión de datos láser podría hacer posible el envío de alta definición, video en vivo desde Marte [fuente:Klotz].
Una imagen compuesta muestra el rover Curiosity Mars de la NASA con su brazo robótico extendido por primera vez en Marte. 20 de agosto 2012. ¿Podría haber un momento en el que todos los objetos espaciales se comuniquen entre sí en lugar de solo con las estaciones terrestres? NASA / JPL-Caltech / Getty Images Previamente, mencionamos la idea de construir una enorme red de satélites de comunicaciones dedicados que se extendieran por todo el sistema solar, lo que sería una gran empresa. Pero puede haber una más pequeña, forma menos costosa y más incremental de armar una red de este tipo. Hasta este momento, cada vez que enviamos naves espaciales y satélites al espacio, Por lo general, se han comunicado directamente con estaciones terrestres y han utilizado software y equipos que han sido especialmente diseñados para esa misión en particular (y a menudo se descartan después).
Pero, ¿qué pasaría si los científicos e ingenieros equiparan todas las naves u objetos que se lanzaron al espacio, desde estaciones espaciales, telescopios orbitales, sondas en órbita alrededor de Marte u otros planetas, e incluso rovers robóticos que exploraron paisajes extraterrestres, para que todos pudieran comunicarse entre sí y servir como nodos de una red interplanetaria en expansión. Si busca una metáfora en la Tierra, imagina cómo tu computadora portátil, tableta, teléfono inteligente consola de juego, La cámara web y el centro de entretenimiento doméstico pueden conectarse a su enrutador de Internet inalámbrico y compartir contenido entre sí.
Además de transmitir información, idealmente, tal red interplanetaria podría conectarse con Internet en la Tierra, para que los científicos puedan conectarse con satélites orbitales o rovers y comprobar lo que están viendo, de la misma manera que podría ir al sitio web de la NASA ahora.
“La red que pronto construirá la NASA podría muy bien ser aquella en la que los científicos resuelvan detalles sorprendentes de la geología marciana, condiciones oceánicas bajo el hielo de la gélida luna Europa de Júpiter, o la turbulenta capa de nubes de Venus, "Un artículo de 2005 en la publicación de ingeniería IEEE Spectrum explicó." Bien puede ser la forma en que un explorador espacial nostálgico envía un correo electrónico a casa "[fuente:Jackson].
El diseño básico de Internet no es amigable con el espacio, por eso los científicos están desarrollando una versión modificada que usa un nuevo tipo de protocolo. Maciej Frolow / The Image Bank / Getty Images Ya mencionamos la idea de conectar naves espaciales y sondas en una vasta red en el espacio, para que los científicos pudieran conectarse con ellos de la misma manera que lo hacen con un sitio web en Internet. Pero como señalan algunos críticos, este enfoque podría no ser el mejor porque el diseño básico de Internet no funcionaría muy bien en el espacio. El protocolo de Internet que usamos en la Tierra se basa en dividir todo lo que transmitimos, ya sea que estemos hablando de texto, voz o transmisión de video, en pequeños fragmentos de datos, que luego se vuelve a ensamblar en el otro extremo para que otra persona pueda verlo o escucharlo. Esa es una forma bastante buena de hacer las cosas siempre que toda esa información se mueva a alta velocidad con pocas demoras o paquetes de datos perdidos, que no es tan difícil de hacer en la Tierra.
Una vez que llegas al espacio, donde las distancias son enormes, los objetos celestes a veces se interponen en el camino, y hay mucha radiación electromagnética por todas partes que interfiere con la señal; los retrasos e interrupciones del flujo de datos son inevitables. Es por eso que algunos científicos están trabajando para desarrollar una versión modificada de Internet, que utiliza un nuevo tipo de protocolo llamado redes tolerantes a interrupciones (DTN). A diferencia del protocolo utilizado en la Tierra, DTN no asume que existirá una conexión continua de un extremo a otro, y se cuelga de los paquetes de datos que no puede enviar de inmediato, hasta que se restablezca la conexión. Para explicar cómo funciona eso, La NASA usa una analogía del baloncesto, en el que un jugador simplemente sostiene el balón con paciencia hasta que otro jugador está abierto debajo de la canasta, en lugar de entrar en pánico y lanzar un tiro salvaje o tirar la pelota. En 2008, La NASA realizó su primera prueba de DTN, usándolo para transmitir docenas de imágenes desde una nave espacial ubicada a unos 20 millones de millas (32.187 millones de kilómetros) de la Tierra [fuente:NASA].
Satélite flotando en el espacio con la luna en primer plano y la tierra en segundo plano. Lifesize / Getty Images Uno de los grandes desafíos en la comunicación con una base de Marte es que Marte está en movimiento. Algunas veces, una base podría alejarse de la Tierra, y de vez en cuando, aproximadamente una vez cada 780 días terrestres, Marte y la Tierra tienen el sol directamente entre ellos. Esa alineación llamado conjunción , potencialmente podría degradar e incluso bloquear la comunicación durante semanas seguidas, que seria bastante solitario, perspectiva aterradora si fueras un astronauta o un colono marciano. Afortunadamente, Los investigadores europeos y británicos pueden haber encontrado una solución a este abrumador dilema.
Los satélites normalmente orbitan planetas en órbitas keplerianas, nombrado en honor al astrónomo del siglo XVII Johannes Kepler, quien escribió las ecuaciones matemáticas que describen cómo se mueven los satélites. Pero los investigadores europeos y británicos han propuesto poner un par de satélites de comunicaciones alrededor de Marte en algo llamado órbita no kepleriana. lo que básicamente significa que en lugar de moverse en una trayectoria circular o elíptica alrededor de Marte, estarían un poco a un lado, para que el planeta no estuviera en el centro. Para permanecer en esa posición, sin embargo, los satélites tendrían que contrarrestar los efectos de la gravedad, lo que los llevaría hacia Marte. Para mantenerlos en su lugar los científicos han propuesto equiparlos con motores eléctricos de propulsión de iones, alimentado por electricidad generada por energía solar y utilizando pequeñas cantidades de gas xenón como propulsor. Eso permitiría a los satélites transmitir señales de radio de forma continua, incluso durante los períodos en los que Marte y la Tierra están en conjunción [fuente:Phys.org].
¿Y si hubiera una cadena de relés entre la nave estelar y la Tierra? Taxi / Getty Images Comunicación interplanetaria, por supuesto, no se trata necesariamente solo de nuestro propio sistema solar. Desde que los astrónomos descubrieron el primer planeta que orbitaba una estrella similar al sol en 1995, los científicos han descubierto decenas de otros exoplanetas, como los mundos fuera de nuestro sistema solar se llaman [fuente:NASA]. En octubre de 2012, incluso descubrieron un planeta aproximadamente del tamaño de la Tierra orbitando la estrella Alpha Centrauri B, que se encuentra en el sistema de estrellas vecino más cercano, aproximadamente 2,35 billones de millas (3,78 billones de kilómetros) de distancia [fuente:Betts].
Esa es una distancia abrumadora para estar seguro. Pero aun así, algunos científicos espaciales imaginan algún día el lanzamiento de una nave espacial gigante que esencialmente sería un movimiento, versión autónoma en miniatura de la Tierra, capaz de sustentar sucesivas generaciones de astronautas que se aventurarían a través del espacio interestelar en un esfuerzo por llegar a otros planetas habitables y posiblemente incluso hacer contacto con civilizaciones extraterrestres.
Proyecto Ícaro, un esfuerzo reciente de científicos espaciales y futuristas para crear un plan para tal misión, reflexionó sobre el problema de cómo una nave de este tipo continuaría comunicándose con la Tierra a medida que se adentraba cada vez más en lo desconocido. Se les ocurrió una solución intrigante:en el camino, el enorme barco arrojaría periódicamente botes de combustible vacíos equipados con equipos de retransmisión de señales, formando una cadena que transmitiría mensajes de la nave espacial a la Tierra. "La idea es que con una cadena de relevos entre Ícaro y la Tierra, cada 'salto' de la señal es una distancia mucho más corta que la distancia total de varios años luz, "Pat Galea, un ingeniero británico que participó en el proyecto de diseño, escribió en 2012. "Para que pudiéramos, potencialmente, reducir el requisito de potencia del transmisor, o el tamaño de la antena en Ícaro, o alternativamente, aumentar la velocidad de datos que se pueden enviar a través del enlace "[fuente:Galea].
Los científicos han sugerido la construcción de varias estaciones receptoras del sistema solar, que serían enormes conjuntos de antenas que se extenderían por muchas millas en diferentes lugares de la Tierra. Cultura / Walter Zerla / Getty Images Los científicos y futuristas que trabajan en el Proyecto Ícaro, un intento especulativo de diseñar una nave espacial capaz de llegar al sistema estelar vecino más cercano, aproximadamente a 2,35 billones de millas (3,78 billones de kilómetros) de distancia, pasé mucho tiempo pensando en cómo una nave de este tipo podría permanecer en contacto con la Tierra mientras viajaba a través de la enormidad del espacio interestelar. En el elemento anterior de esta lista, mencionamos el concepto de un rastro de enlaces de comunicaciones similar a una miga de pan que la nave espacial dejaría a su paso. Pero de vuelta en la Tierra aquellos que monitorean la misión aún enfrentarían el desafío de tratar de captar señales de la nave estelar y filtrar el ruido electromagnético ambiental del espacio, una tarea que la atmósfera de la Tierra hace aún más difícil. lo que debilitaría las señales.
Para maximizar la capacidad de hacer eso, Los planificadores del Proyecto Ícaro han sugerido la construcción de varias estaciones receptoras del sistema solar, que serían enormes conjuntos de antenas que se extenderían por muchas millas en diferentes lugares de la Tierra. Las antenas en tal matriz trabajarían en sinergia para detectar y capturar las señales débiles que contienen los mensajes de las naves estelares. (Piense en esta analogía:si un jugador de béisbol golpea un jonrón en las gradas de un estadio de béisbol, es más probable que la pelota sea atrapada por un ventilador si las gradas están llenas de gente.) Debido a que la Tierra gira, las antenas de un SSRS en particular solo apuntarían a la nave espacial distante durante una pequeña fracción de cada día, y el clima en ese lugar de la Tierra podría dificultar la recepción. Por esta razón, sería prudente construir múltiples conjuntos de antenas en diferentes lugares de la Tierra, para asegurarnos de que podamos mantenernos en comunicación casi continua [fuente:Galea].
¿Qué pasaría si la nave de comunicaciones usara el sol como lente para ampliar las señales de la nave estelar y transmitirlas a la Tierra? Rob Atkins / Banco de imágenes / Getty Images Aquí hay otra idea tramada por los investigadores del Proyecto Ícaro. Según las teorías de la relatividad de Einstein, Las fuerzas gravitacionales de los objetos extremadamente masivos pueden desviar la luz que pasa cerca de ellos y concentrarla. como lo hace una lupa de mano. Eso le dio al grupo de expertos del Proyecto Ícaro la idea de usar ese efecto para enfocar y aumentar las transmisiones desde una nave espacial distante. La forma en que lo harían cierto es que, es un poco difícil de comprender para un no físico:una nave espacial capaz de recibir transmisiones de comunicaciones se colocaría en el espacio interestelar opuesto a la dirección en la que se dirige la nave estelar, a unos 51 mil millones de millas (82 mil millones de kilómetros) de distancia del sol. Eso es realmente, realmente lejos - aproximadamente 18 veces la distancia entre Plutón y el sol, de hecho, pero supongamos que una civilización terrestre capaz de enviar una nave estelar a miles de millones de kilómetros de la Tierra puede hacerlo. La nave de comunicaciones usaría el sol como lente para magnificar las señales que recibe de la nave estelar distante, y luego los transmitiría de regreso a la Tierra a través de algún otro sistema, como una red de satélites con enlaces láser.
"La ganancia potencial de hacer esto es inmensa, "El ingeniero Pat Galea explicó a Discovery News en 2012." La potencia del transmisor en Icarus podría reducirse a niveles mucho más bajos sin afectar la velocidad de datos disponible, o si el poder se mantiene igual, podríamos recibir muchos más datos de los que proporcionaría un vínculo directo ". Por ingenioso que parezca, sin embargo, el esquema también tiene algunas complicaciones del tamaño de Júpiter. Sería necesario por ejemplo, para mantener la nave espacial receptora, el que recibe las señales de la nave estelar, bastante cerca de estar perfectamente alineado en todo momento, y mantenerlo así podría resultar muy, muy difícil [fuente:Galea, Obousy y col.].
La antena de la Estación de Espacio Profundo Goldstone (California) es parte de la Red de Espacio Profundo (DSN), una red internacional de grandes antenas e instalaciones de comunicaciones que apoyan misiones de naves espaciales interplanetarias. Harald Sund / Banco de imágenes / Getty Images Para cuando las transmisiones de una nave espacial distante lleguen a la Tierra, se han degradado, hasta el punto en que una señal puede contener menos de un fotón de energía [fuente:Rambo]. Y eso es realmente realmente débil. Recuerda que los fotones las diminutas partículas sin masa que son la unidad más pequeña de energía, son increíblemente diminutos; un teléfono celular típico emite fotones por valor de 10 elevado a 24 por segundo [fuente:Universidad de Illinois]. Detectar esa señal alucinantemente débil de la irreprimible cacofonía del espacio y darle sentido podría ser tan difícil como, decir, encontrar un mensaje flotando en una botella en algún lugar de los océanos de la Tierra. Pero los investigadores han encontrado una solución intrigante, según el sitio web del Programa de Tecnología Espacial de la NASA, que respalda ese tipo de resolución de problemas.
En lugar de enviar una sola señal o pulso de energía, una nave espacial que intenta comunicarse con la Tierra enviaría muchas copias de esa señal, de repente. Cuando las señales debilitadas llegaron a la Tierra, el control de la misión utilizaría un dispositivo llamado receptor óptico estructurado, o receptor Guha (después del científico, Saikat Guha, quien inventó el concepto), para volver a ensamblar esencialmente a los pequeños supervivientes, fragmentos débiles de todas esas señales duplicadas, y juntarlos para reconstruir el mensaje [fuentes:Rambo, Guha]. Imagínelo de esta manera:tome un mensaje escrito en una hoja de papel, y luego imprimir mil copias, y páselos todos por una trituradora y luego mezcle los pedazos pequeños que resulten. Incluso si arroja la mayoría de esos pequeños pedazos a la basura, los que quedan bien podrían darle suficiente información para reconstruir el mensaje en el papel.
Un modelo del túnel del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) como se ve en el centro de visitantes del CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear) en Ginebra-Meyrin, Suiza. El LHC es el acelerador de partículas más grande y potente del mundo. Imágenes de Johannes Simon / Getty No importa cuántos artilugios increíblemente complicados desarrollemos para juntar las débiles señales de comunicación que luchan por llegarnos desde el espacio profundo, todavía nos enfrentamos a otro, problema aún más desafiante. Dentro de nuestro sistema solar las distancias son tan grandes que fáciles, comunicación instantánea de ida y vuelta del tipo al que estamos acostumbrados en la Tierra:una conversación de video al estilo de Skype, por ejemplo, no es realmente factible, al menos con la tecnología actual. Y si vamos a viajar a planetas fuera de nuestro sistema solar, se volvería prácticamente imposible. Si una nave llegara a nuestro vecino interestelar más cercano, el sistema estelar Alpha Centauri a billones de millas de distancia, se necesitarían 4,2 años para cada lado de una voz, transmisión de video o texto para cruzar esa distancia increíblemente grande. Es por eso que los visionarios han estado intrigados durante mucho tiempo con la idea de transmitir mensajes a través de haces de partículas subatómicas que viajarían más rápido que la luz.
Vaya, parece una solución fácil, ¿no es así? Pero adivina de nuevo. Para que ese esquema funcione, aparentemente tendríamos que hacer un gran agujero en la teoría de la relatividad especial de Einstein, que prohíbe que cualquier cosa se mueva más rápido que la velocidad de la luz. Por otra parte, tal vez no sea así. En 2012, dos matemáticos publicaron un artículo en una revista científica británica, afirmando que hay una manera de romper los cálculos de Einstein y demostrar que las velocidades más rápidas que la luz son realmente posibles [fuente:Moskowitz]. Pero si esos disidentes tienen razón, todavía tendríamos que encontrar alguna prueba de que las partículas puedan moverse más rápido que la velocidad de la luz, y hasta ahora no lo hemos hecho.
Hubo un experimento de 2011 muy publicitado, en el que los investigadores del acelerador de partículas CERN en Europa supuestamente sincronizaron partículas llamadas neutrinos que se mueven un poquito más rápido que el límite de velocidad de Einstein. Pero resultó que una falla en el cable de fibra óptica en el equipo de los investigadores aparentemente causó una lectura falsa (no estaba completamente enchufado) [fuente:Boyle]. Eso puso freno a las perspectivas de un neutrinófono cósmico, Al menos por el momento.
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