即使是發現的離地球最近的黑洞，距離我們也有幾千光年，更不要說那些幾萬或幾億光年以外的遙遠天體了。妳有沒有想過，面對如此遙不可及的距離，科學家是否能從他們那裏獲得信息？今天的人類使用了什麽樣的技術，才能獲得億萬光年之外的宇宙信息？
無線電波是科學家的好工具！
整個宇宙就像科學家的電臺！所謂無線電波，通常是指波長為65，438
即使是發現的離地球最近的黑洞，距離我們也有幾千光年，更不要說那些幾萬或幾億光年以外的遙遠天體了。妳有沒有想過，面對如此遙不可及的距離，科學家是否能從他們那裏獲得信息？今天的人類使用了什麽樣的技術，才能獲得億萬光年之外的宇宙信息？
無線電波是科學家的好工具！
整個宇宙就像科學家的電臺！所謂無線電波，通常是指波長為65，438+000，000公裏(65，438+008米)到0.65，438+0毫米(65，438+00-4米)，頻率為3赫茲到3，000千兆赫(3 THz)的電磁波。壹般用於通信的頻段在3左右。
(2021/4/1)編輯:修正頻率和波長的誤差。無線電波的定義是基於國際電信聯盟(ITU)的無線電頻譜。毫米波的頻帶與微波重疊，3 THz接近遠紅外(FIR)的頻帶。
其實無線電波不僅可以用來接收宇宙信息，在我們的日常生活中，早就有很多使用無線電的設備，比如收音機、對講機、雷達、Wi-Fi、藍牙等。
妳聽廣播的時候，壹定程度上聽過“AM，FM”這幾個字。妳知道它們分別是什麽意思嗎？
收音機、對講機、雷達、Wi-Fi、藍牙等日常生活中常見的設備都是通過無線電波進行通信的。Pexels AM和FM是兩種信號傳輸技術，也是我們生活中最容易接觸到的兩種通信技術。它們可以使“電磁波的振幅”隨著不同的因素而變化。同樣，我們也可以通過這兩種方法讓收音機發射信號。
首先，AM是調幅的簡稱，它使電磁波的振幅隨著聲波的“振幅”而變化。當聲波的振幅增加時，電磁波的振幅也增加。這種技術主要用於早期的無線電，可以將信號傳輸到更廣的區域，但它的缺點是噪音很大。
調頻就是調頻，使電磁波的振幅隨著聲波的“頻率”而變化。FM雖然不能傳到AM那麽遠，但是有噪音小的優勢。
但是，即使FM的噪音已經降低了很多，要完全去除還是非常困難的。相信大家在聽FM電臺的時候都有這樣的煩惱。對於科學家來說，這是壹個不能默默忍受的缺點！因此，科學家們壹直在努力開發降低和消除無線電噪聲的技術。
電波不夠好，把它變成“光”！光纖(俗稱光纖)是壹種由應時玻璃或塑料制成的光纖，利用“光”來傳輸數據。相比剛才提到的FM和AM，光纖不僅速度更快，而且噪音更小！
可見，“光”也是壹項偉大的通信技術。如果能把無線電波轉換成光波，就能像光纖壹樣更有效的降低噪音！目前這兩種電磁波的轉換方式有很多種。在市場上，我們可以很容易地買到光電轉換器！
利用全反射原理在玻璃或塑料制成的光纖中傳輸光的光纖有效地提高了信號傳輸的效率。Pixabay為了讓光波通信的質量上壹層樓，科學家們開發了光學相位調制技術，可以檢測光的“相位”變化來提高精度，有效降低無線電噪聲，進壹步提高信息的完整性。
以T.Bagci和A.Simonsen在《自然》上發表的論文為例。研究團隊以納米薄膜為材料，納米薄膜可以將“射頻* * *振動電路”和“薄膜表面反射的光”結合起來，使得這些射頻信號可以通過光學相變觀察到，即無線電波轉化為光波，以光波的形式傳播。
如果信息以這種方式傳遞，即使是很小的尺度也能觀察到，非常敏感。
對比數據，噪聲的單位是V/ √Hz(伏特/ √Hz)，現在市面上的光電轉換器可以把噪聲降到nV量級(納米級，10-9)，而電路本身的噪聲是800pV/√Hz(毫微微米級，10-12)。
5pV/√Hz的噪聲有多低？該論文指出，對於MRI，噪聲要求僅小於200pV/Hz。噪聲大大降低後，不僅能使信號不失真，而且使微弱信號更容易被檢測到。
光和電是如何轉化的？就像大鼓變芝麻(X)壹樣，下面簡單介紹壹下這個裝置的原理和轉換的過程。
在實驗中，使用塗有鋁的氮化矽納米膜。當無線電信號輸入時，納米薄膜會像鼓面壹樣振動。當輸入信號不同時，鼓面的振動幅度也會不同。
此時，當激光照射在膠片上時，就像在鼓表面撒了壹把芝麻。隨著鼓面的震動，芝麻會去不同的地方，我們可以通過觀察芝麻的反應，也就是反射光的變化來知道輸入的信號。
正是通過這種方式，科學家們成功地將無線電信號轉換成低噪音的光波。
實驗示意圖。就像上面提到的數據壹樣，電路本身還是會有壹些噪聲，大約800pV/√Hz，主要是熱擾動造成的。為了進壹步降低噪聲，除了光學相位調制技術，科學家們還采取了降低溫度、施加電壓等措施來抵消噪聲頻率，成功地將射電噪聲降低到了非常低的尺度。
當我們能聽到更微妙的聲音時...？這項技術將把無線電波轉換成低噪聲的光波，這樣我們就可以用已經建立的測量模型來觀測這些信號，這樣人類就可以研究這些微小的無線電波，從而獲得比以前更精確的信號，觀測到以前無法獲得的宇宙信息，或者讓核磁共振圖像更加精確，這是信號傳輸的重大突破！
在未來，隨著通訊技術的飛速發展，妳認為我們能在宇宙中獲得意想不到的信息嗎？可能...來自外星生物的問候信息？讓我們壹起解開更多來自外太空的秘密！
感謝這篇文章來自中國臺灣省立大學物理系電子學課程報告。感謝朱世偉教授和程助理教授的協助。
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