NASA готовится впервые вывести на орбиту квантовый сенсор для измерения гравитации — миссию Quantum Gravity Gradiometer Pathfinder (QGGPf), которая обещает изменить подход к исследованию динамики массы на Земле и в космосе. Проект реализуется в рамках поддержки от Earth Science Technology Office (ESTO) и станет первой попыткой использования квантовых технологий для гравиметрической съемки из космоса.
Гравитационное поле Земли изменяется ежедневно из-за тектонических процессов и перераспределения массы внутри планеты. Более массивные области притягивают сильнее, и именно эти различия учёные фиксируют с помощью гравиметрических градиометров. Такие карты позволяют находить подземные водоносные горизонты, минералы и нефть, а также критически важны для точной навигации и национальной безопасности.
Руководит проектом Джейсон Хён, главный технолог по науке о Земле в Лаборатории реактивного движения NASA (JPL) и директор Quantum Space Innovation Center. Ключевые концепции миссии опубликованы в журнале EPJ Quantum Technology.
Принцип работы гравиметрических градиометров основан на сравнении ускорения двух свободно падающих тестовых масс, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга. Если одна из масс ускоряется быстрее, это свидетельствует о более сильном гравитационном поле в её области.
В QGGPf в качестве тестовых масс будут использоваться облака ультрахолодных атомов рубидия. Атомы охлаждают почти до абсолютного нуля, что позволяет им вести себя как волны материи. Квантовый градиометр фиксирует разницу в ускорении между этими волнами, выявляя малейшие аномалии в гравитационном поле.
Экспериментальный физик JPL Шенг-вэй Чиоу отмечает: «Использование атомов гарантирует стабильные и воспроизводимые измерения, практически не зависящие от окружающей среды». Это позволяет создать компактный и лёгкий прибор: объём QGGPf составляет всего 0,25 кубических метра, а масса — порядка 125 килограммов. Квантовые сенсоры обещают быть до десяти раз чувствительнее классических аналогов.
Основная задача миссии — валидация новых технологий. Запуск запланирован на конец десятилетия, ориентировочно в конце 2020-х годов. В ходе эксперимента впервые в истории будут испытаны методы манипулирования светом и материей на атомном уровне в условиях космоса. Постдокторский исследователь JPL Бен Стрей подчеркивает: «Это первая попытка вывести такой прибор в космос».
Проект строится на широкой кооперации NASA с малыми инновационными компаниями. JPL сотрудничает с AOSense и Infleqtion, разрабатывающими технологию сенсорных головок, а Центр космических полётов имени Годдарда в Гринбелте (штат Мэриленд) совместно с Vector Atomic отвечает за лазерные оптические системы.
По мнению Джейсона Хёна, QGGPf открывает путь к новым исследованиям не только для изучения Земли, но и планетарных тел, а также для фундаментальной физики. Он отмечает: «Этот проект может привести к появлению новых приложений в планетарной науке и глубинному пониманию роли гравитации во Вселенной».
Изображение носит иллюстративный характер
Гравитационное поле Земли изменяется ежедневно из-за тектонических процессов и перераспределения массы внутри планеты. Более массивные области притягивают сильнее, и именно эти различия учёные фиксируют с помощью гравиметрических градиометров. Такие карты позволяют находить подземные водоносные горизонты, минералы и нефть, а также критически важны для точной навигации и национальной безопасности.
Руководит проектом Джейсон Хён, главный технолог по науке о Земле в Лаборатории реактивного движения NASA (JPL) и директор Quantum Space Innovation Center. Ключевые концепции миссии опубликованы в журнале EPJ Quantum Technology.
Принцип работы гравиметрических градиометров основан на сравнении ускорения двух свободно падающих тестовых масс, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга. Если одна из масс ускоряется быстрее, это свидетельствует о более сильном гравитационном поле в её области.
В QGGPf в качестве тестовых масс будут использоваться облака ультрахолодных атомов рубидия. Атомы охлаждают почти до абсолютного нуля, что позволяет им вести себя как волны материи. Квантовый градиометр фиксирует разницу в ускорении между этими волнами, выявляя малейшие аномалии в гравитационном поле.
Экспериментальный физик JPL Шенг-вэй Чиоу отмечает: «Использование атомов гарантирует стабильные и воспроизводимые измерения, практически не зависящие от окружающей среды». Это позволяет создать компактный и лёгкий прибор: объём QGGPf составляет всего 0,25 кубических метра, а масса — порядка 125 килограммов. Квантовые сенсоры обещают быть до десяти раз чувствительнее классических аналогов.
Основная задача миссии — валидация новых технологий. Запуск запланирован на конец десятилетия, ориентировочно в конце 2020-х годов. В ходе эксперимента впервые в истории будут испытаны методы манипулирования светом и материей на атомном уровне в условиях космоса. Постдокторский исследователь JPL Бен Стрей подчеркивает: «Это первая попытка вывести такой прибор в космос».
Проект строится на широкой кооперации NASA с малыми инновационными компаниями. JPL сотрудничает с AOSense и Infleqtion, разрабатывающими технологию сенсорных головок, а Центр космических полётов имени Годдарда в Гринбелте (штат Мэриленд) совместно с Vector Atomic отвечает за лазерные оптические системы.
По мнению Джейсона Хёна, QGGPf открывает путь к новым исследованиям не только для изучения Земли, но и планетарных тел, а также для фундаментальной физики. Он отмечает: «Этот проект может привести к появлению новых приложений в планетарной науке и глубинному пониманию роли гравитации во Вселенной».
