美國國家航空航天局（NASA）近日宣布了一項與私營企業(yè)和學術機構(gòu)攜手合作的重大計劃，旨在開發(fā)全球首個太空量子傳感器——量子重力梯度儀先鋒號（QGGPf）。這一創(chuàng)新項目將聚焦于對地球引力的前所未有的精確監(jiān)測，開啟地球重力研究的新篇章。
地球的重力分布并非一成不變，而是受到多種地質(zhì)活動的影響，如水流變化、地震活動、冰川融化等，導致地球質(zhì)量分布發(fā)生微妙變動，進而引起重力的變化。精確捕捉這些微小的引力波動，對于資源管理、自然災害預警以及氣候變化研究具有極其重要的意義。
QGGPf項目的核心在于其獨特的量子重力梯度儀，該儀器通過比較兩個相鄰測試質(zhì)量的下落加速度來精確測量地球重力的變化。NASA噴氣推進實驗室（JPL）團隊指出，這一任務將成為量子傳感領域的重大突破，為石油勘探、全球淡水供應等重要觀測領域開辟新的道路。
QGGPf采用了前沿的量子技術，利用冷卻至極低溫度（接近絕對零度）的銣原子云作為測試質(zhì)量。在如此極端的低溫條件下，原子表現(xiàn)出波動性，使得梯度儀能夠通過測量這些微小波的加速度差異來繪制地球重力場的變化圖。與地面上的重力測量方法相比，太空中的測量環(huán)境幾乎不受任何干擾，從而能夠提供更精確的數(shù)據(jù)。
NASA噴氣推進實驗室的物理學家Sheng-wey Chiow表示，使用超冷原子云作為測試質(zhì)量，可以確保太空重力測量的長期準確性。原子的特性使得每次測量都能保持一致，大大降低了對環(huán)境因素的敏感度。
量子傳感器的另一大優(yōu)勢在于其高靈敏度和緊湊性。據(jù)NASA介紹，QGGPf建成后重量僅為125公斤，體積為0.25立方米，精度卻可能比傳統(tǒng)傳感器高出10倍。JPL的博士后研究員本?斯特雷強調(diào)，這一創(chuàng)新技術尚未在太空中進行過測試，飛行測試將有助于深入了解其性能，推動量子重力梯度儀的發(fā)展，并為量子技術的整體進步提供寶貴經(jīng)驗。
隨著QGGPf項目的推進，科學家們期待著在2030年左右將其部署到太空中。這一創(chuàng)新項目將幫助科學家更深入地了解地球重力場的奧秘，為地球科學研究帶來革命性的突破。
