地球上的我们无论身处何处，都已经习惯了拿出手机，通过打电话、发短信、传照片或视频的方式与他人交流。此外，随着网络的高速发展和网络资源日渐丰富，我们越来越离不开它。无论是想开展一项科学研究，还是想以最便捷的方式找到约会地点，我们都会寻求网络的帮助。
然而在太空中，却没有相关的途径和宽带来实现我们十分熟悉的即时通讯。一方面，星际间的距离过于遥远，电子通讯会有严重的滞后效应；另一方面，受太空辐射干扰，信号从外星球表面传回地球过程中清晰度会受损。更难克服的是，信号在某些位置会因为星体运动（有时是因为太阳）被屏蔽。
设想你是一位要去火星开辟殖民地的宇航员，火星距离地球最近距离约为5.6 x 108 Km，最远距离约为2.26 x 109 Km（译者注：由于绕太阳公转，地球和火星位置处于变化之中），这时候你与地面的交流将面临重重难关。如果用现有科技与地面指挥中心实现通话或进行短信交流，通讯滞后效应在3-21分钟之间，这会使交流变得相当困难。假设当你在火星上发现一些不可思议的东西，准备告知地面指挥中心。你或许可以克服重重困难传回一张静物图给他们，但是你可别妄想从火星表面传回一段实时视频。NASA(美国国家航空宇宙航行局)承认当前的设备尚不能支持视频传输。虽然近来技术略有突破，但“漫游者”在火星上也只能实现256K/s的数据传输。对于20世纪90年代的地球而言，这个速度算是比较快的—那时候人们还在使用拨号连接（译者注：拨号连接速度在52-56KB/s, 现在人们普遍使用宽带连接，很少用拨号连接）。在火星上使用云应用或者谷歌的高分辨率地图导航更是不可能的。
如果你敢于一路冒险，越过冥王星，在太阳系的附近寻找一个类地行星，那时候实现与地面通讯的困难更是难以想象的。这是科学家们数十年来绞尽脑汁想要解决的问题，他们希望可以像以前电话公司在广告里说的那样—穿越宇宙那令人生畏的广袤，探寻出向外传递信号并找到外星生物的门径。以下是这些年来科学家们的10个星际交流畅想。
10. 通过通信卫星建立星际互联网
通过卫星，在水星和冥王星之间建立一个能覆盖总长达60亿千米的太阳系网络听起来有些异想天开。然而，时光回到1945年，英国科学家和科幻作家克拉克在杂志上发表了一篇文章，展望通过轨道卫星建立全球通信网络的情形，这在当时看来是个疯狂的设想。但是，在今天，近地太空中卫星随处可见，我们可以通过它们在地球上任何地方打电话、发短信或者发邮件。事实上，在第一颗人造地球卫星没有发射之前，就已经有人设想出像克拉克全球通讯网络一般的星际通讯网络了。
1959年，太空科学家E. 米勒（E. Mueller）和 约翰. E. 泰伯（John. E. Taber）在旧金山的一个电子展会上做了一个名为“星际交流系统”的展示，讲解如何通过无线电波在太空实现长距离数字传输（Digital Transmissions）。40年后，科学家史蒂芬·达维多维奇（Stevan Davidovich）和 乔·惠廷顿（Joel Whittington） 草构了一个精密的通讯网络：将三个卫星放置在绕太阳的极轨上，其他卫星放在不同星球与地球位置相对不变的地方或者放在这些星球的极轨上。
将这些卫星组成一个网络，就可以接收来自宇宙飞船或者机器人探测器发射的信号，然后通过这个网络沿一定路线向上或向下传递，直到抵达地球。或许是由于发射多颗卫星到遥远天体的轨道耗资过大，到目前为止，尚没有任何行动将这样的设想付诸现实。
9. 用激光取代无线电波
正如导语所言，太空数据传输目前无法突破速度难关，其传输速度远小于我们熟知的宽带互联网。除开那些复杂的数学关系，我们可以这样理解其局限，无线电波传播的相对频率限制了它们可以携带的数据量（译者注：无线电频率越高，承载的信息量越大）。如果你家或办公室有人使用无线网络路由器你就会发现这个效应，无线网络的网速不如有线连接网络。
和无线电波相反，激光能量高度集中，频段集中，因而可以承载更多信息。此外，因为激光不像无线电波一样易发散，所以传输数据时候需要能量较少。NASA正在进行的“深空光通信工程”（Deep Space Optical Communications Project），目的便在于设法采用激光取代无线电波发射机和接收器。这意味着太空数据传输将提高至目前最先进的无线电装置传输速率的10~100倍，接近于在地球上宽带网速。但是将激光通信应用起来绝非易事。NASA已经在太空完成了一个小型的、低速率传播的激光传输试验，并着手建立太空激光通信系统，这个系统会用一个月球轨道的卫星来测验。到最后，激光数据传输技术也许可以使从火星传输高清、实时视频成为可能。
8. 将探测器和漫游车嵌入星际通讯网络
之前我们提到一个浩大的工程：建立由专用通讯卫星组成的巨大通讯网络以覆盖整个太阳系。但会不会有更简便廉价而有效的方式来构建这样一个网络呢。直至今日，我们送上天的每架宇宙飞船和卫星通常都会利用量身定制的软件和设备（之后往往废弃）直接与地面站通讯。
但如果科学家和工程师们将发射的每架飞行器或其他物体—包括太空站、轨道望远镜、绕火星或其他行星的轨道探测器，甚至是勘探太空地貌的机器漫游车都装上类似的通讯设备并实现设施之间互联，让它们充当其整个星际网络的节点呢？用地球上现有的东西做一个类比：想象一下将你的手提电脑、平板电脑、智能手机、游戏机网络摄像头以及家庭娱乐中心都连接到你的无线路由器并实现内容共享。
除了信息中转站的作用，这样一个星际网络更理想的功能是能够接入地球互联网。这样一来，科学家们就可以连通轨道卫星或漫游车，随时监测它们的拍摄画面，就跟登录目前NASA网站一样简单。
“NASA将要构建的网络或许比解析出火星地质惊人细节、木卫二冰层底下海洋状况和金星湍流云的系统更出色，”工程学出版物《IEEE综览》2005年的一篇文章说道，“思乡的太空探索者们说不定还有机会给家里发电邮呢。”
7. 太空通用的因特网
上面我们提及将飞行器和探测器互联构建出庞大的太空网络，使科学家能够通过像在地球接入因特网的方式与之相连。但就如一些评论家所说，这种方法可能并非最佳，毕竟因特网的基础设计在太空中可能行不通。我们在地球上所使用的互联网协议是在分解传递信息的基础上实现的。不管是文字、声音还是视频，这些信息在传递之初就被解析为小小的数据段，然后在另一个终端重新合成，这样其他人才能观看或听到它。只要信息传播的速度够快、不出现延误或数据遗失，这种方式无疑是高效的，而在地球上要保证这几点完全没问题。
然而一旦进入太空—除了传输距离明显变远，天体们也各种挡路，更别说满布太空的电磁辐射对信号的影响了——这些都将不可避免地导致信息流的延误和中断。这就是一些科学家要研发出因特网改进版的原因。改进版将使用一种叫做容断网络（DTN）的全新协议。与目前地球上使用的协议不同，DTN并不基于端对端的互联，它能依附在无法即时传送的数据包上，直到连接重新形成。NASA用篮球来解释DTN的工作原理：球员会一直耐心地运球直到他发现队友已到篮下、得到上篮机会，而不是慌忙中胡乱射篮或传球。2008年，NASA对DTN进行了首轮测试，利用DTN从离地约两千万英里（约合3218万千米）外的宇宙飞船向地球传送了几十张照片。
6.为其他行星建造卫星中继站
与火星基地联络最大的挑战是火星的运转。当火星、太阳、地球连成一线时，基地会和地球失去联系，而且这种情况很常见—大概每780天就会发生一次。这种连成一线的排列现象很可能会恶化甚至阻碍地球和火星基地的联系。如果你是宇航员或者殖民者，你会因此感到孤单，前途未卜。庆幸的是，欧洲和英国的宇航员已经找到解决这种进退两难境地的办法。
行星通常绕开普勒（Keplerian）轨道转，轨道的名字是以17世纪天文学家约翰尼斯·开普勒（Johannes Kepler）命名的，他发现了描述行星运行模式的数学公式。而欧洲和英国的研究人员已经计划发射一对绕着火星转的交际卫星。他们的绕行轨迹为非开普勒轨道，这基本上意味着它们有点偏离正常轨道，它们绕火星运行的轨道不会是圆或椭圆，也就是说行星并不在旋转正中心。然而，为了保持在轨道上的位置，卫星不得不脱离重心引力的控制，这很可能会使卫星撞向火星。为了避免这种情况的发生，科学家提出在卫星内装备电离子推进器。这种推进器会用微量氧气作为推进剂，依靠太阳能作为能源。这样卫星就可以持续不断地发送无线电信号，甚至在火星和地球连成一线的时候也可以进行联系。
5.在星际轨道上撒面包屑
星际通讯，当然并不仅仅指在太阳系内进行通讯。自从天文学家在1995年发现第一颗环绕类日恒星轨道运行的行星后，科学家们接连发现了很多其他的类似行星，它们被称为太阳系外行星。2012年10月，科学家甚至发现一颗与地球大小接近的行星。它绕着距离太阳系最近的半人马座B星运行，半人马座星系距离我们约2.35万亿英里（3.78万亿千米）。
毫无疑问，这是一个让人望而却步的距离。即便如此，一些太空科学家仍然设想：有那么一天，我们发射出一艘可支持星际航行的地球微缩版巨型飞船，承载着代代相传的宇航员们探索宇宙，寻找生命星球，甚至让地球与地外文明进行交流。
伊卡洛斯工程就是宇宙科学家和未来学家们对这一星际航行设想最新发布的研究蓝图。他们指出，这样的构想需要考虑到飞船进入未知领域后和地球保持联系的问题。他们想出了一个有趣的解决办法：一路上，巨大的飞船定时丢弃装有传递信号的设备的空燃料罐，从而形成从飞船传送数据到地球的连接。“这个办法是通过在伊卡洛斯飞船和地球之间构建一些中继站进行连接，发送的每一段信号链的距离都比好几光年的全程距离要短得多，”参加伊卡洛工程的英国工程师帕特·加利亚（Pat Galea）在2012年如此描述。通过这一方法，我们可以减少中继站的能量需求，或者缩减伊卡洛飞船上的天线规模，或者灵活地增加传送数据的速度。
4.建造巨型天线阵列接受信息
科学家和未来学家们正在进行的伊卡洛斯工程（Project Icaru）尝试设计出一艘能够抵达邻近星系的星际飞船，该星系距离地球约2.35万亿英里（3.78万亿公里）。他们花费了大量的时间思考飞船在星际穿越时如何与地球保持通讯。本文在之前曾提到过利用像面包屑一样的追踪器连接通讯线路，飞船紧随其后航行。但就地球而言，任务监测团队仍然面临着从飞船上收集信号的挑战，以及如何过滤太空中的电磁噪声的问题——这项任务在可能使信号减弱的地球大气环境下进行更显艰巨。
为了最大程度实现这种可能性，伊卡洛斯工程的设计者们提议建造多个太阳能接收站，这些接收站分布在地球不同的位置，站内巨型天线阵列能够绵延几公里。阵列内的天线能够共同探测和捕捉宇宙飞船返回的微弱信号（想象一下这个类比：棒球运动员在体育馆中的一个本垒打将球击到站台上，如果这时看台上站满人，那这个球很有可能会被某个粉丝抓住）。由于地球自转，某个特定太阳能接收站内的天线仅仅会在每天的部分时间内能够指向遥远的飞船，而且该地天气状况还可能阻挡信号的接收。因此在全球不同地方建造大量天线阵列也许是一个明智的做法，这能够确保我们进行近乎不间断的通讯。
3.把太阳当作信号放大器
这是伊卡洛斯工程研究人员的另一个想法。根据爱因斯坦的相对论，由于引力的作用，光线通过质量很大的物体时位置会发生偏移，并且光线会通过类似手持式放大镜的物体聚焦，这给专家们提供了一种思路，利用聚焦的作用来放大传输信号的方法。当然这个方法对于不是非常精通物理的人来说不太容易理解：一艘能够接受通讯信号的宇宙飞船会停在星际飞船前进方向的反方向，距离太阳约510亿英里（820亿公里）。这其实是非常远的距离——大约是冥王星与太阳之间距离的18倍——假设地球文明足够发达，我们能够发射一艘星际飞船抵达几万亿英里以外的太空。通讯设备将会把太阳当作透镜来放大飞船发送的信号，之后再通过其他系统将信息输送回地球，例如激光卫星通讯网络。
“这种做法将会带来巨大的收益，”工程师帕特（Pat Galea）2012年在发现新闻中这样说道。“洲际宇宙火箭的传输器供能可以在不影响可用数据率的情况下降低到很低的水准，或者说如果供能不变，我们将会比直接传输获取更多的数据。”这看起来似乎很巧妙，但是实行起来就复杂得多了。比如说，必须保持接受信号的宇宙飞船和获取信号的星际飞船保持在近乎同一条直线上，事实证明这真的很难实现。
2.能接收极其微弱信号的超敏锐电子耳
当一个信号从遥远的航天器发射到地球时，已经得非常微弱。简单地说，这时候信号的能量比光子含有的能量值还少。这时的信号真的非常非常微弱。请记住，光子是能量中的最小单位，是一种微小无质量颗粒。微小到什么程度呢？你或许会觉得难以置信！我们平时常用的手机每秒大约就会发射出10到24光子。要从充斥着嘈杂、刺耳的空间中“挑选”出这些令人难以置信的微弱信号并解读出它们是非常困难的，无异于让你在海洋中寻找一个带有信息的漂流瓶。但是，根据美国航空航天局太空技术计划网站（NASA’s Space Technology Program Web site）上所记载的相关问题解决方案，技术研究人员们已经提出了一个有趣的解决方案。
当太空飞船试图与地球取得联系时，它会同时发出许多信号副本而不是只发射一次单独的信号或能量脉冲。当这些被削弱后的信号到达地球后，任务控制中心将使用一种名为“结构化光接收器（structured optical receiver）”或“古哈接收器（Guha receiver，该概念最先由科学家Saikat Guha提出，故因此得名）”的设备。这些设备将从根本上重组这些尚存的、极其微弱的、零零碎碎的信号副本，并最终把它们拼凑在一起重建信息。试着这样去想象一下，将一条信息打印在一张纸上，之后复印几万张副本，将它们放入粉碎机并把由此产生的小碎片混起来。那么即使你将大部分碎纸片扔进垃圾桶，余下的那些纸片也足够重组原本纸上的那条信息了。
1.比光速还快的“中微子粒子”
不管我们开发了多少令人难以置信的复杂“小玩意儿”将那些历经十万八千里从遥远的外太空“挣扎”抵达地球的微弱信号拼凑在一起，我们依然面临着另一个更具挑战性的问题。我们已经习惯地球上方便的即时通讯，例如Skype-style视频对话。而在我们距离宽广的太阳系中，这种技术是否真正可行呢，至少以目前的技术来说，应该是不太可行的。如果我们想要前往太阳系之外的行星上，那可能性更是微乎其微。如果飞船到达离地球最近的，距地球约数万亿英里的半人马座阿尔法星的恒星系统（the Alpha Centauri star system），那么每一次声音、影像或文字要从那边传输到地球，平均需要4.2年，它们要跨越如此之长的距离才能来到我们身边。这也是为什么空想家们已经开始提出“亚原子粒子束（beams of subatomic particle）传输消息的速度将快于光速”的新想法。
哇！这个想法听起来非常简单，不是吗？但，请三思一下，要实行这个方案的前提是，我们必须得打破爱因斯坦的狭义相对论，因为他的相对论中说道，没有任何东西的移动速度能够与光速相比。另一方面，也许比光速移动速度更快的物质并不存在。2012年，两位数学家在英国的某一科学杂志上发表了一篇论文。这两位作者在论文中提出，他们有办法推翻爱因斯坦的相关公式和理论，并声称比光速更快的物质传播速度是存在的。即使最终能证实这些不同意见持有者们的结论是正确的，在此之前，我们还需要在现实中寻找出证明粒子的移动速度快于光速的一些证据，遗憾的是，关于这类言论我们至今尚未找到任何合适的证据。
在2011年一场“大张旗鼓”的实验中， 欧洲核子研究组织（CERN）中的研究人员记录到了一种比爱因斯坦的极限速度快了一点点的中微子粒子。然而最后结果却是，相关研究人员设备上的光纤电缆出错（没完全插好）造成了数据读取错误。所以，关于“宇宙中有快于光速的中微子粒子”这一说法，暂时只能归类为“天方夜谭”。
翻译：Chenling Wan 导语10+9 ;敖-有没8+7 ;瓶子ysq6+5 ;杉杉4+3 ;对方正在输入2 +1
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