Ученые разрабатывают прибор на основе ультрахолодных атомов, который в 10 раз точнее существующих аналогов и сможет обнаруживать подземные ресурсы — от воды до полезных ископаемых.
Исследователи из Лаборатории реактивного движения NASA, частные компании и академические институты создают первый в истории космический квантовый датчик для измерения гравитации. Этот проект, поддержанный Управлением технологий наук о Земле NASA (ESTO), откроет новые возможности для изучения подземных ресурсов — от запасов нефти до пресной воды.
Гравитационное поле Земли постоянно меняется из-за перемещения масс, например, при геологических процессах. Хотя человек не замечает эти колебания, сверхточные приборы — гравитационные градиометры — позволяют ученым фиксировать малейшие изменения и связывать их с подземными структурами. Такие данные критически важны для навигации, управления ресурсами и даже национальной безопасности.
«Мы могли бы измерить массу Гималаев с помощью атомов», — говорит Джейсон Хен, директор Центра инноваций квантового пространства JPL. Новый прибор, Quantum Gravity Gradiometer Pathfinder (QGGPf) использует два облака ультрахолодных атомов рубидия в качестве «тестовых масс». Охлажденные почти до абсолютного нуля, эти атомы ведут себя как волны, позволяя измерять разницу в гравитационном ускорении с высочайшей точностью.
Ключевое преимущество квантового датчика — его компактность и стабильность. QGGPf займет всего 0,25 кубических метра и будет весить 125 кг, что значительно меньше традиционных аналогов. Кроме того, атомные технологии обеспечивают долгосрочную точность, поскольку они менее подвержены внешним помехам. По оценкам, чувствительность квантового градиометра может в 10 раз превосходить классические приборы.
«Никто еще не пытался запустить один из этих приборов. Нам нужно запустить его, чтобы понять, насколько хорошо он будет работать, и это позволит нам не только усовершенствовать квантовый гравитационный градиометр, но и квантовую технологию в целом».
Бен Стрэй, научный сотрудник JPL
Проект реализуется в партнерстве с малыми предприятиями: AOSense и Infleqtion работают над сенсорной головкой, а специалисты NASA совместно с Vector Atomic совершенствуют лазерную оптику. Успех миссии откроет новые горизонты в изучении Земли, других планет и фундаментальных законов гравитации.