Новий пристрій NASA фіксуватиме найменші зміни тяжіння

NASA розробляє перший космічний квантовий датчик Quantum Gravity Gradiometer Pathfinder (QGGPf) для точного відстеження найменших змін у гравітаційному полі Землі, що відкриває нові можливості для моніторингу природних явищ та управління ресурсами.

Динамічна природа земної гравітації

Гравітаційне поле нашої планети не є статичним і постійно змінюється. Ці зміни виникають внаслідок переміщення мас. На гравітацію впливають потоки води, сейсмічна активність та геологічні події. Танення льодовиків також змінює розподіл маси на планеті.

“Ця місія стане першою для квантового зондування і прокладе шлях до революційних спостережень за всім, від запасів нафти до глобальних запасів прісної води”, – зазначає команда Лабораторії реактивного руху НАСА (JPL).

Точні вимірювання таких змін мають велике практичне значення. Вони допомагають ефективніше керувати природними ресурсами. Дані про гравітаційні зміни дозволяють прогнозувати стихійні лиха та аналізувати кліматичні наслідки.

Принцип роботи квантового градієнтометра

QGGPf працює за принципом вимірювання різниці прискорення падіння об’єктів. Градієнтометр порівнює, з якою швидкістю падають дві сусідні тестові маси. У місцях сильнішої гравітації об’єкт падатиме швидше.

Інноваційність методу полягає у використанні атомів рубідію. Ці атоми охолоджуються до надзвичайно низьких температур “надзвичайно низькі температури” – приблизно 0 Кельвінів. За таких умов атоми проявляють хвильові властивості.

Датчик вимірює найменші відмінності в прискоренні цих хвиль. Космічне розташування датчика забезпечує ідеальні умови для точних вимірювань. У космосі відсутні перешкоди, що впливають на наземні вимірювання.

“Використання хмар надхолодних атомів в якості тестових мас ідеально підходить для того, щоб забезпечити точність космічних гравітаційних вимірювань протягом тривалого періоду часу”, – пояснює фізик JPL Шенг-Вей Чіоу.

Переваги космічних квантових технологій

Квантові сенсори мають значні переваги порівняно з класичними методами. Вони пропонують підвищену чутливість вимірювань. Потенційно їхня точність у 10 разів перевищує можливості традиційних сенсорів.

Квантові пристрої також значно компактніші та легші. За прогнозами NASA, готовий QGGPf важитиме лише 125 кг. Його об’єм становитиме всього 0,25 кубічних метрів.

“Ніхто ще не пробував літати на такому апараті. Нам потрібно запустити його, щоб з’ясувати, наскільки добре він буде працювати”, – коментує науковий співробітник JPL Бен Стрей.

Очікується, що QGGPf буде готовий до запуску до 2030 року. Цей проєкт не лише вдосконалить гравіметричні вимірювання. Він також сприятиме розвитку квантових технологій загалом. Майбутні дослідження допоможуть розкрити численні таємниці гравітаційного поля нашої планети.