17 آوریل 2025-نقشه گرانش زمین قرمز مناطقی از جهان را نشان می‌دهد که کشش گرانشی بیشتری دارند، در حالی که آبی نشان‌دهنده مناطقی است که کمتر اعمال می‌کنند. یک گرادیومتر گرانش کوانتومی درجه علمی می تواند روزی نقشه هایی مانند این را با دقت بی سابقه ای بسازد. اعتبار تصویر: ناسا
در اولین قدم تاریخی، ناسا و شرکای آن در حال آماده شدن برای پرتاب یک حسگر کوانتومی انقلابی به فضا هستند – حسگر طراحی شده برای تشخیص تغییرات ظریف در گرانش زمین با دقت فوق‌العاده.
این فناوری پیشگام که به عنوان رهیاب گرادیومتر گرانشی کوانتومی (QGGPf) شناخته می شود، نشان دهنده جهشی بزرگ در زمینه علوم زمین، اکتشاف سیاره ها و فیزیک کوانتومی است.
با استفاده از رفتار عجیب اما قدرتمند اتم های فوق سرد، این ماموریت که توسط دفتر فناوری علوم زمین ناسا (ESTO) تامین می شود، راه های جدیدی را برای نقشه برداری از آب های زیرزمینی، منابع طبیعی و حتی تغییرات زمین شناسی – همگی از مدار باز می کند.از آنجایی که جهان با فشار فزاینده ای بر منابع آب شیرین و ذخایر انرژی مواجه است، این حسگر گرانش کوانتومی مبتنی بر فضا می تواند به ابزاری حیاتی برای درک و مدیریت نیروهای پنهان سیاره تبدیل شود.
جاذبه: نیروی نامرئی اطراف ما
گرانش زمین ممکن است ثابت به نظر برسد، اما در واقعیت، کمی از مکانی به مکان دیگر و لحظه به لحظه تغییر می کند.این تغییرات توسط انواع فرآیندهای زمین‌شناسی مانند فعالیت‌های زمین ساختی، حرکت آب‌های زیرزمینی و حتی ذوب یخچال‌ها انجام می‌شود.از آنجایی که گرانش با جرم افزایش می‌یابد، نقشه‌برداری از این تغییرات ظریف می‌تواند ویژگی‌های پنهان زیر سطح زمین را آشکار کند – مانند سفره‌های زیرزمینی، ذخایر نفت یا ذخایر معدنی.
ابزارهای سنجش جاذبه سنتی بینش های ارزشمندی را ارائه کرده اند، اما از نظر حساسیت محدود هستند و اغلب به سیستم های حجیم و چند ماهواره ای نیاز دارند. اینجاست که حسگر گرانش کوانتومی وارد عمل می شود.
نحوه عملکرد گرادیومتری گرانشی کوانتومی
در قلب نوآوری QGGPf، گرادیومترهای گرانشی قرار دارند، دستگاه هایی که تفاوت کشش گرانشی بین دو نقطه را اندازه گیری می کنند.
QGGPf از دو ابر اتم روبیدیم فوق سرد استفاده می کند که تا نزدیک به صفر مطلق سرد شده اند. در چنین دماهای شدید، این اتم ها خواص موج مانندی از خود نشان می دهند که امکان مقایسه بسیار دقیق حرکت آنها را فراهم می کند.
دانشمندان با اندازه‌گیری تفاوت‌های کوچک در شتاب بین این ابرهای اتمی هنگام سقوط آزاد، می‌توانند ناهنجاری‌هایی را در میدان گرانش زمین تشخیص دهند.این تفاوت ها به تغییرات در جرم زیرسطحی اشاره می کند، که بینش هایی را در مورد ساختارهای زیرزمینی، توزیع منابع و تغییرات در شرایط محیطی ارائه می دهد.
چرا اتم ها همه تفاوت را ایجاد می کنند
استفاده از اتم ها به عنوان جرم های آزمایشی چندین مزیت کلیدی دارد. اتم‌ها نسبت به حسگرهای مکانیکی ثابت، تغییرناپذیر و کمتر تحت تأثیر تداخل محیطی هستند. این امر باعث می‌شود که حسگرهای گرانش کوانتومی برای اندازه‌گیری‌های بلندمدت در فضا قابل اعتمادتر باشند.
طراحی جمع و جور QGGPf، با اندازه گیری تنها 0.3 یارد مکعب و وزن تقریباً 275 پوند، همچنین نشان دهنده یک پیشرفت کوچک در کوچک سازی است. سیستم‌های اندازه‌گیری گرانش قبلی به فضاپیماهای متعدد نیاز داشتند، اما QGGPf به عنوان یک واحد مستقل عمل می‌کند.تخمین های اولیه نشان می دهد که حسگرهای کوانتومی مانند QGGPf می توانند تا ده برابر بیشتر از ابزارهای سنتی حساس باشند.
ماموریت اولین ها
QGGPf که برای پرتاب در پایان این دهه تنظیم شده است، اولین ابزاری در نوع خود خواهد بود که در فضا کار می کند. در حالی که هدف اصلی اعتبار سنجی فناوری است، انتظار می رود این ماموریت درها را برای عصر جدیدی در سنجش از دور و علوم مبتنی بر فضا باز کند.
این پروژه همچنین قدرت همکاری را برجسته می کند. ناسا در حال همکاری نزدیک با شرکت‌های فناوری کوانتومی AOSense و Infleqtion بر روی سخت‌افزار حسگر است، در حالی که مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا با Vector Atomic برای پیشرفت سیستم‌های لیزری دقیق این ابزار همکاری می‌کند.
این نوآوری‌ها با هم نه تنها درک ما از گرانش کوانتومی را اصلاح می‌کنند، بلکه کاربردهای آن را فراتر از زمین به اکتشافات سیاره‌ای و تحقیقات فیزیک بنیادی گسترش می‌دهند.
در صورت موفقیت، ماموریت QGGPf می تواند همه چیز را از مدیریت منابع طبیعی گرفته تا علم آب و هوا و اکتشافات فضایی را متحول کند.
ناسا و شرکای آن با نشان دادن قابلیت‌های سنجش گرانش کوانتومی در مدار، مقدمات مأموریت‌های آینده را فراهم می‌کنند که می‌توانند سیارات دیگر، قمرها یا حتی پدیده‌های فیزیک عجیب و غریب را شناسایی کنند.
همانطور که فناوری کوانتومی برای اولین بار در مدار زمین شروع به کار می کند، ادغام مکانیک کوانتومی و علم گرانش نوید می دهد که نحوه رصد سیاره خود و جهان فراتر از آن را بازتعریف کند.
