4 月 21 日消息，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）宣布與多家私營(yíng)企業(yè)和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)合作，共同開發(fā)量子重力梯度儀先鋒號(hào)（Quantum Gravity Gradiometer Pathfinder, QGGPf），這是全球首個(gè)用于監(jiān)測(cè)地球重力的太空量子傳感器，旨在對(duì)地球引力進(jìn)行前所未有的精確監(jiān)測(cè)。

據(jù)了解，地球的重力并非均勻分布，由于水流、地震、冰川融化和其他地質(zhì)事件導(dǎo)致地球質(zhì)量轉(zhuǎn)移，重力會(huì)發(fā)生變化。對(duì)這些微小的引力變化進(jìn)行精確測(cè)量，對(duì)于資源管理、自然災(zāi)害預(yù)測(cè)以及理解氣候變化的影響至關(guān)重要。

“這項(xiàng)任務(wù)將成為量子傳感領(lǐng)域的里程碑，并為石油儲(chǔ)備乃至全球淡水供應(yīng)等各類重要觀測(cè)開辟道路，”NASA 噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）團(tuán)隊(duì)指出。

量子重力梯度儀先鋒號(hào)的核心是梯度儀，這是一種通過比較兩個(gè)相鄰物體（稱為測(cè)試質(zhì)量）下落加速度來測(cè)量地球重力變化的儀器。在重力較強(qiáng)的區(qū)域，測(cè)試質(zhì)量的下落加速度會(huì)更大。

QGGPf 采用了一種創(chuàng)新的方法，即利用冷卻至極低溫度（接近 0 開爾文）的銣原子云。在如此低溫下，原子會(huì)展現(xiàn)出類似波的特性，梯度儀將通過測(cè)量這些波的微小加速度差異來繪制重力場(chǎng)的變化圖。與地球上受環(huán)境因素干擾的重力測(cè)量方法相比，太空中的測(cè)量環(huán)境幾乎不受干擾，能夠提供更精確的讀數(shù)。

NASA 噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）的物理學(xué)家 Sheng-wey Chiow 表示：“使用超冷原子云作為測(cè)試質(zhì)量，能夠確保太空重力測(cè)量在長(zhǎng)期內(nèi)保持準(zhǔn)確性。原子的特性使得每一次測(cè)量都能保持一致，對(duì)環(huán)境因素的敏感度也大大降低?！?/p>

量子傳感器的另一大優(yōu)勢(shì)在于其高靈敏度和緊湊性?？茖W(xué)家們指出，量子傳感器的精度可能比傳統(tǒng)傳感器高出 10 倍，且體積更小、重量更輕。據(jù) NASA 介紹，QGGPf 建成后重量?jī)H為 125 公斤，體積為 0.25 立方米。JPL 的博士后研究員本?斯特雷表示：“目前還沒有人嘗試將這種儀器送入太空。我們需要通過飛行測(cè)試來了解其性能，這不僅有助于推進(jìn)量子重力梯度儀的發(fā)展，也將為量子技術(shù)的整體進(jìn)步提供寶貴經(jīng)驗(yàn)?！?/p>

量子重力梯度儀先鋒號(hào)預(yù)計(jì)將在 2030 年左右準(zhǔn)備好部署。NASA 團(tuán)隊(duì)對(duì)其充滿期待，相信它將幫助科學(xué)家揭開地球重力場(chǎng)的諸多奧秘，為地球科學(xué)研究帶來新的突破。