NASA 開發全球首個太空量子重力傳感器,可精確監測地球引力變化

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4 月 21 日消息,美國國家航空航天局(NASA)宣布與多家私營企業和學術機構合作,共同開發量子重力梯度儀先鋒號(Quantum Gravity Gradiometer Pathfinder, QGGPf),這是全球首個用于監測地球重力的太空量子傳感器,旨在對地球引力進行前所未有的精確監測。

NASA 開發全球首個太空量子重力傳感器,可精確監測地球引力變化

據IT之家了解,地球的重力并非均勻分布,由于水流、地震、冰川融化和其他地質事件導致地球質量轉移,重力會發生變化。對這些微小的引力變化進行精確測量,對于資源管理、自然災害預測以及理解氣候變化的影響至關重要。

“這項任務將成為量子傳感領域的里程碑,并為石油儲備乃至全球淡水供應等各類重要觀測開辟道路,”NASA 噴氣推進實驗室(JPL)團隊指出。

量子重力梯度儀先鋒號的核心是梯度儀 ,這是一種通過比較兩個相鄰物體(稱為測試質量)下落加速度來測量地球重力變化的儀器。在重力較強的區域,測試質量的下落加速度會更大。

QGGPf 采用了一種創新的方法,即利用冷卻至極低溫度(接近 0 開爾文)的銣原子云。在如此低溫下,原子會展現出類似波的特性,梯度儀將通過測量這些波的微小加速度差異來繪制重力場的變化圖。 與地球上受環境因素干擾的重力測量方法相比,太空中的測量環境幾乎不受干擾,能夠提供更精確的讀數。

NASA 噴氣推進實驗室(JPL)的物理學家 Sheng-wey Chiow 表示:“使用超冷原子云作為測試質量,能夠確保太空重力測量在長期內保持準確性。原子的特性使得每一次測量都能保持一致,對環境因素的敏感度也大大降低。”

量子傳感器的另一大優勢在于其高靈敏度和緊湊性。科學家們指出,量子傳感器的精度可能比傳統傳感器高出 10 倍,且體積更小、重量更輕。據 NASA 介紹,QGGPf 建成后重量僅為 125 公斤,體積為 0.25 立方米。JPL 的博士后研究員本?斯特雷表示:“目前還沒有人嘗試將這種儀器送入太空。我們需要通過飛行測試來了解其性能,這不僅有助于推進量子重力梯度儀的發展,也將為量子技術的整體進步提供寶貴經驗。”

量子重力梯度儀先鋒號預計將在 2030 年左右準備好部署。NASA 團隊對其充滿期待,相信它將幫助科學家揭開地球重力場的諸多奧秘,為地球科學研究帶來新的突破。

【來源: IT之家

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