NASA розробляє перший в історії космічний квантовий датчик для вимірювання гравітації

Вчені розробляють передовий квантовий сенсор для використання на низькій навколоземній орбіті, здатний виявляти найменші коливання у гравітаційному полі Землі.

Ці майже непомітні зміни, спричинені рухом води, тектонічною активністю або зсувами гірських порід, дають важливі підказки про те, що знаходиться під поверхнею планети. Новий пристрій може дозволити картографувати підземні об'єкти, такі як водоносні горизонти та родовища корисних копалин — дані, які мають критичне значення для навігації, управління ресурсами та національної безпеки, стверджують розробники.

«За допомогою атомів ми можемо визначити масу Гімалаїв», — заявив Джейсон Хайон, головний технолог з наук про Землю в Лабораторії реактивного руху NASA (JPL) у Південній Каліфорнії та директор Центру квантових космічних інновацій JPL.

Квантові сенсори, такі як розроблений JPL інструмент Quantum Gravity Gradiometer Pathfinder (QGGPf), використовують хмари атомів, які падають у вільному падінні та охолоджені майже до абсолютного нуля. Під час падіння лазери діють як дзеркала та роздільники, розділяючи атоми, а потім знову їх з'єднуючи. Спосіб, у який атоми взаємодіють при повторному з'єднанні, показує, наскільки вони були прискорені гравітацією. Це дозволяє вченим вимірювати найменші зміни гравітації з надзвичайною точністю.

«З атомами я можу гарантувати, що кожне вимірювання буде однаковим. Ми менш чутливі до впливу навколишнього середовища», — зазначив Шенг-вей Чіоу, експериментальний фізик з JPL.

Завдяки використанню атомів замість громіздких механічних деталей, сенсор QGGPf винятково компактний — приблизно розміром з маленьку пральну машину — і важить лише 125 кілограмів. Це робить його набагато меншим і легшим за традиційні космічні гравітаційні інструменти, що є великою перевагою для космічних місій, де розмір, вага та вартість запуску суворо обмежені.

NASA планує провести випробування нового сенсора в космосі ближче до кінця цього десятиліття. Демонстраційна місія технології використовуватиме набір найсучасніших інструментів, розширюючи межі того, як світло та атоми взаємодіють на найменших рівнях.

«Ніхто ще не намагався запустити один із цих інструментів», — сказав Бен Стрей, постдокторант у JPL. — «Нам потрібно запустити його, щоб з’ясувати, наскільки добре він працюватиме, що дозволить нам не лише просунути квантову технологію, але й покращити наше розуміння Землі».