حسگر کوانتومی فضایی ناسا برای تشخیص کوچکترین لرزش ها در گرانش زمین

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، ناسا با برخی از بازیگران خصوصی و موسسات دانشگاهی برای توسعه رهیاب گرادیومتر گرانشی کوانتومی (QGGPf) همکاری کرده است - اولین حسگر کوانتومی مبتنی بر فضا که گرانش زمین را نظارت می‌کند.

شاید ندانید، اما گرانش سیاره ما یکنواخت نیست. با جابجایی جرم به دلیل جریان آب، زلزله، ذوب یخ‌ها و سایر رویداد‌های زمین شناسی تغییر می‌کند. اندازه گیری دقیق چنین تغییراتی به مدیریت منابع، پیش بینی بلایای طبیعی و درک اثرات آب و هوایی کمک می‌کند.

QGGPf یک گام بزرگ به سمت استفاده از فناوری‌های کوانتومی برای اندازه گیری دقیق تغییرات گرانش زمین است.

تیم آزمایشگاه رانش جت ناسا (JPL) خاطرنشان می‌کند: «این مأموریت اولین بار برای سنجش کوانتومی خواهد بود و راه را برای مشاهدات پیشگامانه از ذخایر نفتی گرفته تا منابع جهانی آب شیرین هموار خواهد کرد.»

علم شیب سنج

QGGPf یک گرادیومتر است، ابزاری که تغییرات گرانش زمین را با مقایسه شتاب سقوط دو جسم مجاور (به نام جرم آزمایشی) اندازه گیری می‌کند. در جایی که گرانش قوی‌تر است، یک جرم آزمایشی با شتاب بیشتری سقوط می‌کند.

ماموریت QGGPf با استفاده از ابر‌های اتم‌های روبیدیم که تا دمای بسیار پایین (~۰ کلوین) سرد شده‌اند، رویکرد جدیدی را به کار خواهد گرفت.

در این دماها، اتم‌ها رفتار موج مانندی از خود نشان می‌دهند و گرادیومتر تفاوت‌های دقیقه‌ای در شتاب این امواج را اندازه‌گیری می‌کند تا تغییرات میدان گرانشی را ترسیم کند.

این رویکرد مؤثرتر از روش‌هایی است که شامل اندازه گیری گرانش روی زمین است که اغلب تحت تأثیر عوامل محیطی قرار می‌گیرند. در مقابل، فضا محیطی بدون مزاحمت فراهم می‌کند و به دانشمندان امکان می‌دهد خوانش‌های دقیق تری داشته باشند.

شنگ وی چیو، فیزیکدان JPL، گفت: استفاده از ابر‌های اتم‌های فوق سرد به عنوان جرم‌های آزمایشی برای اطمینان از اینکه اندازه گیری‌های گرانش مبتنی بر فضا در دوره‌های زمانی طولانی دقیق باقی می‌مانند، ایده آل است. با اتم ها، می‌توانم تضمین کنم که هر اندازه گیری یکسان خواهد بود. ما نسبت به اثرات محیطی حساسیت کمتری داریم.

یک نوآوری منحصر‌به‌فرد

دانشمندان پیشنهاد می‌کنند که حسگر‌های کوانتومی حساسیت بیشتری را ارائه می‌کنند و به طور بالقوه به دقت ۱۰ برابر بیشتر از حسگر‌های کلاسیک دست می‌یابند. به علاوه، در مقایسه با سایر دستگاه‌های معمولی، بسیار سبک‌تر و جمع و جور هستند.

به عنوان مثال، ناسا پیشنهاد می‌کند که پس از تکمیل، QGGPf تنها ۱۲۵ کیلوگرم (۲۷۵ پوند) وزن و ۰.۲۵ متر مکعب حجم خواهد داشت.

بن استری، محقق فوق دکتری در JPL، گفت: هنوز کسی برای پرواز با یکی از این ابزار‌ها تلاش نکرده است. ما باید با آن پرواز کنیم تا بتوانیم بفهمیم که چقدر خوب عمل می‌کند، و این به ما این امکان را می‌دهد که نه تنها گرادیومتر گرانشی کوانتومی، بلکه به طور کلی فناوری کوانتومی را پیش ببریم.

QGGPf احتمالاً تا سال ۲۰۳۰ آماده استقرار خواهد بود. تیم ناسا امیدوار است که به دانشمندان کمک کند بسیاری از اسرار مربوط به میدان گرانشی سیاره ما را آشکار کنند.