Da mein Fachgebiet Telekommunikation ist, denke ich, dass ich zuerst versuchen sollte, ein wenig zu erklären, wie alles funktioniert, damit wir zumindest einige fundierte Spekulationen darüber anstellen können, was die Außerirdischen empfangen oder nicht empfangen und was sie ausmachen könnten davon.

Beachten Sie, dass es bei dieser Antwort derzeit hauptsächlich um den Plausibilitätsteil geht.

Das erste Konzept, das ich vorstellen möchte, ist die Antennenrichtwirkung. Ich beginne mit sichtbarem Licht parallel, bevor ich mich auf der Frequenzachse nach unten zu Radiowellen bewege. Dann werde ich versuchen zu erklären, wie es uns ermöglicht, Leistungspegel von verschiedenen Sendern an verschiedenen Punkten zu vergleichen. Danach werde ich ein wenig über die spektrale Leistungsdichte und das Grundrauschen schreiben, was es uns ermöglichen wird, die Erkennungswahrscheinlichkeiten verschiedener Modulationsarten zu vergleichen. Abschließend werde ich dies mit ein wenig meiner eigenen Spekulation beenden.

Stellen Sie sich also vor, Sie nehmen ein Feuerzeug und zünden es an. Sie würden eine kleine Flamme erhalten, die mehr oder weniger gleichmäßig in alle Richtungen Licht ausstrahlt.

Die Funkversion davon wäre eine sogenannte "isotrope Punktquelle", also eine unendlich kleine Antenne, die in alle Richtungen gleich gut abstrahlt. So etwas existiert natürlich nicht, ist aber bei Berechnungen nützlich, insbesondere wenn wir Sender mit unterschiedlichen Leistungsstufen und unterschiedlichen Antennen vergleichen müssen. Denken Sie daran, dass es über sich selbst genauso gut strahlen würde wie nach unten und zu den Seiten.

Hier ist ein Bild, wie sein Strahlungsmuster aussehen würde:

Dann haben wir Strahlungsmuster verschiedener Antennentypen. Hier ist ein Strahlungsmuster eines Yagi-Uda-Arrays, das in einigen Gebieten häufig für den Fernsehempfang verwendet wird:

Was dieses Bild uns zeigt, ist, dass die Antenne auf der "langen" Vorderseite der Antenne am besten empfängt und auf der sehr kurzen Rückseite einen sehr schlechten Empfang hat. In diesem speziellen Fall haben wir ein Front-to-Back-Radio von etwa 25 dB. Wenn wir das in lineare Einheiten umrechnen, bedeutet das, dass, wenn die Vorderseite der Antenne auf unsere Signalquelle gerichtet ist, das Signal etwa 317-mal stärker empfangen würde als wenn das gleiche Signal von der Rückseite empfangen würde der Antenne.

Dies bringt uns zum Konzept der "effektiven isotropen Strahlungsleistung". Nehmen wir also an, ich habe einen Sender, der 5 W Leistung abgibt, und einen Empfänger mit einer isotropen Antenne, nur zum Vergleich. Ich nehme meinen Sender und schließe ihn an eine meiner imaginären isotropen Antennen an, richte die Antenne auf den Empfänger und messe EIRP von 5 W. Als nächstes nehme ich meine Yagi-Antenne aus dem vorherigen Beispiel, ich richte sie auf die empfangene Antenne und die Messung machen. Ich würde so eine EIRP von 158 Watt messen. Da haben wir einen ziemlichen Unterschied! Was aber, wenn ich nicht die Vorderseite meiner Yagi-Antenne auf den Empfänger richte, sondern auf die Seite? Nun, aus dem Strahlungsdiagramm können wir sehen, dass wir an den Seiten etwa -20 dB Verstärkung haben, das würde mir also 50 Milliwatt an den Seiten der Antenne geben.

Es gibt auch ein Konzept der "effektiven Strahlungsleistung". Der Unterschied zwischen ERP und EIRP besteht darin, dass ERP annimmt, dass die Antenne eine ideale Dipolantenne im freien Raum ist, die einen Gewinn von 2,15 dBi hat. Diese Annahme kommt realistischeren Antennensystemen viel näher als die isotrope Antenne und wird daher in der Rundfunkindustrie häufig als Maßeinheit für abgestrahlte Leistung verwendet.

Warum ist all dieses Antennenzeug wichtig, um Aliens zu erreichen? Nun, die Aufgabe von Entwicklern von Übertragungssystemen besteht nicht darin, Außerirdische zu kontaktieren (außer wenn, aber dazu später mehr), es ist, den Zuhörern Fernsehen und Radio zur Verfügung zu stellen, ohne andere Leute zu stören, die dasselbe tun. Dies bedeutet, dass die Fernsehübertragungsantennen normalerweise kein Strahlungsmuster haben, das Signale zum Himmel sendet, sie haben ein Strahlungsmuster, das versucht, das Signal nahe an der Erde zu halten. Außerdem wird die EIRP aus Sicherheits- und Interferenzgründen begrenzt. Das bedeutet nicht, dass keines dieser vielen Megawatt den Weltraum erreichen wird. Das werden sie, es ist nur so, dass die Energie, die in den Weltraum geht, begrenzt sein wird. Bitte denken Sie daran, dass jemand für den gesamten verbrauchten Strom bezahlen muss und dass Funksender nicht mit 100% Effizienz arbeiten! Es gibt einen direkten wirtschaftlichen Grund, Ihren Stromverbrauch so gering wie möglich zu halten!

Als nächstes haben wir die spektrale Leistungsdichte. Ich denke, dies ist ein Punkt, der in Erkennungsszenarien nicht oft diskutiert wurde, der aber meiner Meinung nach von äußerster Wichtigkeit ist. Werfen wir zunächst einen Blick auf den Namen selbst: Power Spectral Density ist eine Dichte. Dichte von was? Von Macht! Über was? Spektrum. Unsere Einheiten sind also Watt pro Hertz. Erinnerst du dich an die Macht aus dem vorherigen Beitrag? Nun, hier sehen wir, wie es über die Bandbreitenachse unseres Signals verteilt ist und wie sich unsere Modulation darauf auswirkt. Hier werde ich einen sehr, sehr groben Vergleich von PAL und DVB-T geben, die für das Fernsehen verwendet werden, UKW vom UKW-Radio (ich wollte DAB machen, konnte aber keine realistischen Zahlen finden) und einen speziellen UKW-Morsecode Signal.

Um die Berechnungen etwas einfacher und diese sehr lange Antwort etwas kürzer zu machen, gehe ich zunächst davon aus, dass alle Modulationen ein flaches Spektrum haben. Dies gilt eher für digitale Modulationen und nicht so für analoge Modulationen.

Beginnen wir also mit PAL. Unser Kanal im UHF-Band, und ich beschränke mich auf das UHF-Band, da niedrige Teile des VHF-Bands Probleme haben können, aus der Atmosphäre herauszukommen, ist etwa 8 MHz breit. Es gibt auch eine Version mit 6 MHz Breite. Sehen wir uns also die "idealisierte" spektrale Leistungsdichte an. Für die Leistungspegel verwende ich nur einige Informationen von einem lokalen Sender, damit wir einige reale Werte erhalten können. Dieser Sender hatte, während er PAL sendete, für einen bestimmten Kanal ERP von 250 kW. Wenn wir 250 kW durch 8 MHz dividieren, erhalten wir eine spektrale Leistungsdichte von 31,25 Milliwatt pro Hertz. Derselbe Sender sendet jetzt DVB-T-Kanäle mit ERP von 25 kW. Dies ergibt eine spektrale Leistungsdichte von 3,125 Milliwatt pro Hertz. Viel weniger!

Derselbe Sender betreibt einen UKW-Radiosender mit 15 kW. Die Bandbreite der Station liegt bei etwa 300 kHz, das ergibt also eine PSD von etwa 500 Milliwatt pro Hertz. Viel höher als analoges Fernsehen!

Als nächstes möchte ich die Morsebotschaft erwähnen . Dies war eigentlich ein Test eines interplanetaren Radars, aber es handelt sich hier um einen Vertreter des sogenannten Active SETI . Sie haben also eine Frequenzmodulation mit 62,5 Hz Hub und einer maximalen Eingangssignalfrequenz von weniger als 1 Hz. Ich werde 1 Hz für die Berechnung verwenden. Gemäß der Carson-Regel können wir eine Schätzung der Bandbreite erhalten, in der 98 % der Leistung des FM-Signals enthalten sind. Es gibt uns eine Bandbreite von 125 Hz. ERP der Übertragung war 50 kW. Dies ergibt eine PSD von 392 Watt pro Hertz! Deutlich höher als UKW-Radio, aber andererseits eine Testübertragung und daher nicht durchgehend.

Warum bin ich nun auf diese grundlegenden Erklärungen zu PSD eingegangen? Nun, um zu erkennen, dass wir ein Signal haben, brauchen wir zuerst ein Signal, das gut genug ist, um das Radio zu stören. Unser Rauschen kann aus zahlreichen Quellen stammen, wie z. B. thermisches Rauschen, Schrotrauschen usw. Es wird eine Eigenschaft des Empfängers sein und selbst auch durch die spektrale Leistungsdichte gekennzeichnet sein. Eine gemeinsame Sache bei Empfängern ist, dass wir ihre Empfangsbandbreite normalerweise leicht beeinflussen können. Je geringer die Empfangsbandbreite ist, desto geringer ist unsere Rauschleistung am Empfänger. In einer idealen Welt hat unser Empfänger einen Filter, der an die Bandbreite unseres übertragenen Signals angepasst ist. Im Grunde genommen bedeutet dies, dass es bei konstanter Leistung einfacher ist, ein Signal mit geringerer Bandbreite zu erkennen als ein Signal mit höherer Bandbreite, wie in dieser Zeichnung dargestellt:

Meine Idee ist also im Grunde, dass die Aliens, wenn sie unsere Signale überhaupt entdecken, höchstwahrscheinlich aktive SETI-Versuche entdecken werden, wenn sie gerade nach ihnen suchen. Ansonsten denke ich, dass UKW-Radio bessere Chancen hat, abgeholt zu werden als Fernsehen. Außerdem werden bei einem analogen TV-Signal nicht alle Komponenten mit gleicher Leistung übertragen! Ein Teil des Farbsignals (Chroma-Komponenten) ist normalerweise schwächer als ein Schwarz-Weiß-Signal tragender Teil (Luma). Außerdem ist es je nach Implementierung möglich, Audiosignale vom Fernseher zu empfangen, auch wenn kein Videoempfang möglich ist.

EDIT1:

Nehmen wir als Antwort auf einen Kommentar an, dass wir ein Raumschiff in der Erdumlaufbahn mit einem Fernsehsender an Bord haben. Nehmen wir auch an, dass unser Raumschiff seine Antenne auf unsere Zuhörer richtet und das Programm mit 5 MW ERP aussendet und einen 6 MHz breiten Kanal verwendet. Nehmen wir an, wir senden auf einer Frequenz von 430 MHz (nicht im TV-Band, sondern in der Nähe, ausgewählt aufgrund verfügbarer Daten) und unsere Außerirdischen haben ihre eigene Version von Arecibo mit denselben Spezifikationen gebaut, dh 60,5 dBi Verstärkung auf 430 MHz. Lassen Sie uns auch sagen, dass das Grundrauschen für unseren Kanal am Empfänger –106 dBm beträgt.

Die Friis-Übertragungsgleichung lautet ungefähr so: Prx=Gtx Grx (λ/4πR)^2*Ptx, wobei:
Prx die Leistung am Empfänger ist und -106 dBm betragen sollte,
Gtx die Verstärkung der Sendeantenne ist, Grx die Gewinn der Empfangsantenne, Ptx ist die Leistung des Senders, λ ist die Wellenlänge, R ist die Entfernung.

Aus dieser Gleichung sollten wir R ableiten und so ändern, dass wir eine Mischung aus Dezibel und linearen Einheiten berücksichtigen. Beachten Sie, dass wir in unserem Fall 5 MW ERP haben, also werden wir, um das in EIRP umzuwandeln, eine Sendeantenne mit einem Gewinn von -2,15 dBi verwenden. Beachten Sie auch, dass die Oberkante unseres Signals bei 436 MHz liegt, was eine Wellenlänge von etwa 0,688 m hat.

Wir dividieren alles durch die Antennengewinne und die Sendeleistung und nehmen 10*lg von allem, um auf Dezibel zu kommen. Also haben wir:

10lg(Prx)-10lg(Ptx)-10lg(Grx)-10lg(Gtx)=20lg(λ/4πR)

Jetzt setzen wir unsere Zahlen ein:
96,9897 dBm + 106 dBm +2,15 dBi -60,5 dBi=20lg(λ/4πR)

Jetzt können wir einen dieser praktischen Gleichungsrechner von Friis Transmission verwenden und eine Zahl für die Reichweite erhalten. Mit diesem erhalte ich eine Reichweite von 638 420 000 000 m, das sind 638,42 Gm oder 4,26 AU.
Das ist sehr, sehr wenig! Selbst wenn wir viel bessere Werte für die Systemrauschtemperatur nehmen, wie zum Beispiel 100 K, oder vielleicht sogar noch niedriger, haben wir immer noch sehr niedrige Reichweiten. Für das Fernsehen haben wir also keine große Chance, dass Aliens ein Signal empfangen.

Für UKW-Radio andererseits, wenn wir einen 100-kW-ERP-Sender bei 97 MHz nehmen, basierend auf einigen US-Leistungsbeschränkungen, und wir uns vorstellen, dass die Außerirdischen eine 60,5-dBi-Verstärkungsantenne für UKW mit einer Systemtemperatur von 35 K haben wir erhalten ein viel schöneres Ergebnis von 5 349 800 000 000 m oder 5,349 Tm oder 35,76 AU. Trotzdem ist es eine ziemlich kurze Reichweite. Die Reichweite ist viel größer, aber immer noch nicht sehr ausreichend, um nahe gelegene Sternensysteme zu erreichen, vorausgesetzt, dass die Systemtemperatur angemessen ist.

Also TL;DR:

Ich glaube nicht, dass es möglich ist, dass versehentlich übertragene analoge Fernseh- oder Radiosignale ein nahe gelegenes Sternensystem in einem einigermaßen erkennbaren Zustand erreichen können, aber das hängt auch stark von ihren Erkennungsfähigkeiten ab. Ich glaube, dass Aliens, die sich an den Rändern unseres Sonnensystems vorbeibewegen, in der Lage sein könnten, unsere Übertragungen zu entdecken.

Beachten Sie auch, dass ein 100-kW-Radiosignal eine größere Reichweite hat als ein 5-MW-TV-Signal, also denken Sie daran, dass nicht alles in Sendeleistung ist.

Es sollte beachtet werden, dass die Situation für absichtlich aktive SETI-Signale, insbesondere wenn sie digital sind, etwas anders sein kann. Wir hätten viel höhere Kräfte, wir hätten Gewinne aus Fehlerkorrekturcodes, vorausgesetzt, Außerirdische können sie entschlüsseln. Als untere Grenze für den analogen Systemempfang habe ich auch Signal-Rausch-Funk von 0 dB verwendet. Im wirklichen Leben hat sich gezeigt, dass die Dekodierung digitaler Signale bei Signal-Rausch-Verhältnissen von etwas unter 0 dB möglich ist, sodass dies ebenfalls Auswirkungen haben könnte.

Ich habe gerade eine Präsentation bei SETI gesehen , in der erklärt wurde, wie Empfängerarrays der nahen Zukunft empfindlich genug sein werden, um unser Flugzeugradar aus Hunderten von Lichtjahren zu empfangen. Das ist Leckage des allgemeinen Gebrauchs. Wir haben auch interplanetares Radar, das gelegentlich ausgestrahlt wird.

Um Ihre Frage zu beantworten, schauen Sie sich das andere Ende an: Was erwarten die SETI-Forscher entdecken zu können, indem sie die Situation unserer eigenen technologischen Geschichte modellieren?

Während Funk stromsparend und subtil ist, muss Radar von Natur aus hell genug sein, um von passiven Zielen reflektiert zu werden. So viel mehr nachweisbar.

Hier eine Pressemitteilung :

Beispielloser Umfang

Das Programm umfasst eine Untersuchung der 1.000.000 erdnächsten Sterne. Es wird das Zentrum unserer Galaxie und die gesamte galaktische Ebene scannen. Jenseits der Milchstraße wird es nach Botschaften von den 100 nächstgelegenen Galaxien horchen. Die verwendeten Teleskope sind außerordentlich empfindlich gegenüber Fernsignalen, selbst bei geringer oder mittlerer Leistung:

• Wenn eine Zivilisation, die um einen der 1.000 nächsten Sterne herum basiert, mit der Kraft eines gewöhnlichen Flugzeugradars zu uns sendet, könnten Breakthrough Listen-Teleskope dies erkennen.

• Wenn eine Zivilisation aus dem Zentrum der Milchstraße mit mehr als dem 12-fachen der Leistung von interplanetaren Radargeräten sendet, die wir zur Sondierung des Sonnensystems verwenden, könnten Breakthrough Listen-Teleskope dies erkennen.

• Von einem nahe gelegenen Stern (25 Billionen Meilen entfernt) konnte die optische Suche von Breakthrough Listen einen 100-Watt-Laser (Energieabgabe einer normalen Haushaltsglühbirne) erkennen.