Учёные Лаборатории реактивного движения NASA (JPL) совместно с частными компаниями и академическими институтами создают первый космический квантовый гравитационный датчик — Quantum Gravity Gradiometer Pathfinder (QGGPf). Прибор позволит измерять гравитационные аномалии с орбиты, открывая новые возможности в поиске полезных ископаемых, оценке запасов пресной воды и мониторинге климатических изменений. Запуск миссии запланирован на конец десятилетия.

Гравитационное поле Земли постоянно меняется из-за движения тектонических плит, таяния ледников, перераспределения подземных вод и других геологических процессов. Традиционные градиометры, такие как установленные на спутниках GRACE-FO, измеряют эти колебания, отслеживая разницу в ускорении масс. Однако их точность ограничена помехами и износом механических компонентов. QGGPf решает эти проблемы, используя облака сверххолодных атомов рубидия, охлаждённых до температур, близких к абсолютному нулю. В таком состоянии атомы демонстрируют квантовые свойства, что позволяет фиксировать гравитационные отклонения с погрешностью в 10 раз меньшей, чем у классических аналогов.

  Карта гравитации Земли. Красным обозначены области, которые оказывают большее гравитационное притяжение, а синим — области, которые оказывают меньшее. Квантовый гравитационный градиентометр научного уровня может создать такие карты с беспрецедентной точностью. Источник: NASA

  

«Атомы — идеальные тестовые массы, — объясняет Шен-Вей Чиоу, физик JPL. — Их свойства неизменны, а компактность системы снижает влияние внешних факторов». Прибор объёмом 0,25 м³ и массой 125 кг разместят на единственном космическом аппарате, что значительно упростит конструкцию по сравнению с предыдущими миссиями, требовавшими двух спутников.

Основная задача QGGPf — испытание технологий управления материей и светом в условиях микрогравитации. Успех миссии может привести к прорывам в геологии, климатологии и фундаментальной физике. Учёные смогут точно оценить объём водоносных слоёв, например, истощающихся ресурсов в регионах вроде Сахары или Калифорнии, обнаруживать движение магмы перед извержениями вулканов и находить месторождения редких минералов. Джейсон Хион, директор Центра квантовых инноваций JPL, подчёркивает: «QGGPf — не просто инструмент для Земли. Его технологии помогут изучать гравитацию Марса, спутников Юпитера и других тел Солнечной системы».

В перспективе квантовые градиометры могут интегрировать в навигационные системы беспилотников и подлодок, обеспечивая точное позиционирование без GPS. Это особенно актуально для Арктики и океанских глубин, где сигналы спутников слабо доступны. Кроме того, данные с QGGPf улучшат модели прогнозирования подъёма уровня моря за счёт мониторинга таяния ледников Гренландии и Антарктиды в режиме реального времени.

Подробнее на iXBT