Специалисты Лаборатории реактивного движения NASA (JPL), сотрудничая с частными предприятиями и научными учреждениями, разрабатывают первый в мире космический квантовый гравитационный датчик — Quantum Gravity Gradiometer Pathfinder (QGGPf). Этот прибор предоставит возможность измерять гравитационные аномалии с орбиты, открывая новые горизонты в области поиска минеральных ресурсов, оценки запасов пресной воды и наблюдения за изменениями климата. Запуск миссии намечен на конец текущего десятилетия.
Гравитационное поле нашей планеты подвержено постоянным изменениям вследствие движения тектонических плит, таяния ледников, перераспределения подземных вод и многих других природных процессов. Существующие градиометры, как, например, размещенные на спутниках GRACE-FO, фиксируют эти изменения, анализируя разницу в ускорении масс. Однако их точность ограничена воздействием помех и износом механических частей. QGGPf преодолевает эти ограничения благодаря использованию облаков сверххолодных атомов рубидия, охлаждённых почти до абсолютного нуля. В таком состоянии атомы проявляют квантовые свойства, что позволяет определять гравитационные отклонения с точностью в 10 раз превышающей показатели классических приборов.
«Атомы — идеальные тестовые массы, — объясняет Шен-Вей Чиоу, физик из JPL. — Их свойства остаются постоянными, а компактность системы уменьшает влияние внешних факторов». Прибор с объёмом 0,25 м³ и весом 125 кг будет размещён на единственном космическом аппарате, что значительно упростит его конструкцию по сравнению с предыдущими проектами, требующими двух спутников.
Основная цель QGGPf — тестирование технологий управления материей и светом в условиях микрогравитации. Успех экспериментов сможет переломить ситуацию в геологии, климатологии и основах физики. Учёные получат возможность точно оценивать объёмы водоносных пластов, например, убывающих запасов в регионах Сахары или Калифорнии, отслеживать движение магмы до вулканических извержений и выявлять месторождения редких минералов. Джейсон Хион, руководитель Центра квантовых инноваций JPL, подчёркивает: «QGGPf — это не просто устройство для изучения Земли. Его технологии помогут в исследовании гравитации Марса, спутников Юпитера и других объектов Солнечной системы».
В будущем квантовые градиометры могут быть интегрированы в навигационные системы беспилотных летательных аппаратов и подводных лодок для обеспечения точного позиционирования без использования GPS. Это особенно важно для Арктического региона и глубин океанов, где спутниковые сигналы зачастую недоступны. Кроме того, данные от QGGPf способны улучшить прогнозные модели повышения уровня моря, благодаря наблюдению за процессами таяния ледников Гренландии и Антарктиды в реальном времени.
Источник: iXBT
