Учёные Лаборатории реактивного движения NASA (JPL) совместно с частными компаниями и академическими институтами создают первый космический квантовый гравитационный датчик — Quantum Gravity Gradiometer Pathfinder (QGGPf).
Прибор позволит измерять гравитационные аномалии с орбиты, открывая новые возможности в поиске полезных ископаемых, оценке запасов пресной воды и мониторинге климатических изменений.
Запуск миссии запланирован на конец десятилетия. Гравитационное поле Земли постоянно меняется из-за движения тектонических плит, таяния ледников, перераспределения подземных вод и других геологических процессов.
Традиционные градиометры, такие как установленные на спутниках GRACE-FO, измеряют эти колебания, отслеживая разницу в ускорении масс. Однако их точность ограничена помехами и износом механических компонентов.
QGGPf решает эти проблемы, используя облака сверххолодных атомов рубидия, охлаждённых до температур, близких к абсолютному нулю.
В таком состоянии атомы демонстрируют квантовые свойства, что позволяет фиксировать гравитационные отклонения с погрешностью в 10 раз меньшей, чем у классических аналогов. Карта гравитации Земли.
Красным обозначены области, которые оказывают большее гравитационное притяжение, а синим — области, которые оказывают меньшее. Квантовый гравитационный градиентометр научного уровня может создать такие карты с беспрецедентной точностью.
Источник: NASA «Атомы — идеальные тестовые массы, — объясняет Шен-Вей Чиоу, физик JPL. — Их свойства неизменны, а компактность системы снижает влияние внешних факторов».
Прибор объёмом 0,25 м³ и массой 125 кг разместят на единственном космическом аппарате, что значительно упростит конструкцию по сравнению с предыдущими миссиями, требовавшими двух спутников.
Основная задача QGGPf — испытание технологий управления материей и светом в условиях микрогравитации. Успех миссии может привести к прорывам в геологии, климатологии и фундаментальной физике.
Учёные смогут точно оценить объём водоносных слоёв, например, истощающихся ресурсов в регионах вроде Сахары или Калифорнии, обнаруживать движение магмы перед извержениями вулканов и находить месторождения редких минералов.
Джейсон Хион, директор Центра квантовых инноваций JPL, подчёркивает: «QGGPf — не просто инструмент для Земли.
Его технологии помогут изучать гравитацию Марса, спутников Юпитера и других тел Солнечной системы». В перспективе квантовые градиометры могут интегрировать в навигационные системы беспилотников и подлодок, обеспечивая точное позиционирование без GPS.
Это особенно актуально для Арктики и океанских глубин, где сигналы спутников слабо доступны.
Кроме того, данные с QGGPf улучшат модели прогнозирования подъёма уровня моря за счёт мониторинга таяния ледников Гренландии и Антарктиды в режиме реального времени.
Рубрика: Наука. Читать весь текст на www.ixbt.com.