什么是“信号”?信号在太空中如何传播?

首先,传统的“信号(电磁波)”太空中传播不需要介质。

其次,这个问题非常具有展开回答的必要,这是对我们基本科学常识的普及,对于引导大众,尤其是青少年的科学认知,具有积极意义。

我们分三部分介绍一下问题中的科学要点。

1、什么是“信号”?传统的“信号”有哪些?

信号,是信息传输的工具和载体,所有可以通过规则、不规则方式向外传输信息的工具,都可以称为广义上的“信号”。它可以是一种声音、一幅图画、一个手势甚至是一种代码。

对信号的分类方法很多:信号按数学关系、取值特征、能量功率、处理分析、所具有的时间函数特性、取值是否为实数等,可以分为确定性信号和非确定性信号(又称随机信号)、连续信号和离散信号(即模拟信号和数字信号)、能量信号和功率信号、时域信号和频域信号、时限信号和频限信号、实信号和复信号等。

按照实际用途区分,信号包括电视信号、广播信号、雷达信号,通信信号等;按照所具有的时间特性区分,则有确定性信号和随机性信号等

目前,大众普遍提及的信号是按照形态划分的:声信号、光信号、电信号。每种信号有包括很多不同的类型,如下:

声信号:由震动引起的机械波信号,可以在固体、液体、气体等介质中传播,有些人耳可以听到(声音),有些听不到(如超声波、次声波)。介质不同,会对声波的传播速度、距离都会产生不同影响。

光信号:分为可见光信号(人眼可见波长400到700纳米之间)与不可见光信号(如紫外线、红外线、远红外线、X射线等)。

光,属于电磁波的一个波段,分布在0.77微米到0.39微米之间,在0.77微米之外的是红外线,波长比0.39还短的的是紫外线。所以说光是电磁波的一部分,唯一的能被人肉眼识别的电磁波。 光具有波粒二象性,即既可把光看作是一种频率很高的电磁波,也可把光看成是一个粒子,即光量子,简称光子。既然光是电磁波的一部分,所以不能说电磁波没有粒子性。比如 不可见光中的X射线的粒子效果和电子的相当。所以,光是电磁波的一部分,而电磁波也是有粒子性。

展开全文

电信号:电信号是指随着时间而变化的电压或电流,因此在数学描述上可将它表示为时间的函数,并可画出其波形。信息通过电信号进行传送、交换、存储、提取等。

电信号的传播包括不同种类的远距离通讯方式,例如:无线电,电报、电视、电话、数据通讯以及计算机网络通讯等。电信号的分类是多种多样的,在此不再赘述。

2、信号都有哪些传播方式?

声信号:必须依靠介质传播,如固体、液体、气体。例如蝙蝠发出的超声波,在真空中无法传播。

光信号:既可以在固液气三种介质中传播,也可以在真空中传播。介质对光信号传播会产生影响。

电信号:既可以在导线等介质中(有线电话、有线电视等)传播,在可以在真空中传播(无线电波、蓝牙、wifi等)。

3、太空中的信号传播

太空并非绝对的真空,只是近似真空。已知科学证明,太空中的原子或分子物质非常少,每立方米也就是一个氢原子或分子。另外还有像光子,中微子等波类物质。 此外,太空可能遍布人类无法确认的物质,如暗物质。

如果在太空中释放一些空气,因为空气主要成分是氮气和氧气,它们在地球上都是呈分子态。把空气释放到宇宙空间后,离散状态的氮、氧分子会迅速散开。这些氮、氧分子在宇宙射线的作用下,也会分解成氮、氧原子或被电离。

在这种环境下,声信号无法传播,但是,光信号、部分电信号等都是电磁波,理论上是可以无限传播的。

电磁波传播的原理是变化的磁场与电场相互作用。理论上,只要给予足够时间,电磁波可以在宇宙中辐射到无限远的地方。

除非电磁波与物质发生互相作用,并被物质吸收,或者落入黑洞中,否则电磁波在真空的太空中不会消失,它们会以光速在空间中不断传播。只是在传播过程中,电磁波的强度会随着距离的增加而逐渐衰减,遵循平方反比定律,但它们就是不会完全消失。要知道,来自138亿年前的早期宇宙的电磁波至今仍然还在太空中传播。

返回搜狐,查看更多