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- 團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建并演示了第一個(gè)用于衛(wèi)星重力測(cè)量的量子傳感器
- 來(lái)源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2018/12/21
這張圖片展示了Goddard-AOSense團(tuán)隊(duì)對(duì)原子路徑的控制。在這個(gè)演示中，他們操縱了這條路徑，形成了NASA的首字母縮略詞。
美國(guó)宇航局和總部位于加利福尼亞州桑尼維爾的AOSense公司已經(jīng)成功構(gòu)建并演示了一種能夠獲得高靈敏度和精確重力測(cè)量的量子傳感器原型 - 這是邁向下一代大地測(cè)量，水文和氣候監(jiān)測(cè)任務(wù)的踏腳石。 。
與美國(guó)宇航局位于馬里蘭州格林貝爾特的戈達(dá)德太空飛行中心合作開發(fā)的原型傳感器采用了一種名為原子干涉測(cè)量法的革命性測(cè)量技術(shù)，前美國(guó)能源部秘書朱棣文及其同事在20世紀(jì)80年代后期發(fā)明了這種技術(shù)。1997年，朱因其工作獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
自從這一發(fā)現(xiàn)以來(lái)，全世界的研究人員都試圖建立實(shí)用，緊湊，更靈敏的量子傳感器，如原子干涉儀，科學(xué)家可以在空間受限的區(qū)域使用，包括航天器。
在美國(guó)宇航局的小企業(yè)創(chuàng)新研究，儀器孵化器和戈達(dá)德內(nèi)部研究與開發(fā)計(jì)劃的資助下，戈達(dá)德 - 奧索斯團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種原子光學(xué)重力梯度儀，主要用于繪制地球時(shí)變引力場(chǎng)。雖然地球的引力場(chǎng)因各種原因而發(fā)生變化，但最重要的原因是水團(tuán)的變化。如果冰川或冰蓋融化，這將影響質(zhì)量分布，從而影響地球的引力場(chǎng)
“我們的傳感器比具有類似靈敏度目標(biāo)的競(jìng)爭(zhēng)傳感器小，”Goddard光學(xué)物理學(xué)家兼合作者Babak Saif表示。“以前的基于原子干涉儀的儀器包括可以填充房間的組件。我們的傳感器，在戲劇性的比較中，緊湊而高效。它可以用在航天器上，以獲得非常好的數(shù)據(jù)集，以了解地球的水循環(huán)及其對(duì)氣候變化。事實(shí)上，傳感器是未來(lái)NASA跨越各種科學(xué)學(xué)科的候選者�！�
原子干涉測(cè)量非常類似于光學(xué)干涉測(cè)量法，這是一種用于科學(xué)和工業(yè)的200年歷史的技術(shù)，用于測(cè)量物體中的小位移。光學(xué)干涉測(cè)量法通過(guò)比較在兩個(gè)不同路徑之間分開的光來(lái)獲得測(cè)量結(jié)果。當(dāng)來(lái)自這兩條路徑的光束重新組合時(shí)，它們會(huì)產(chǎn)生干涉條紋圖案，科學(xué)家們會(huì)對(duì)其進(jìn)行檢查，以獲得高精度的測(cè)量結(jié)果。
Goddard-AOSense團(tuán)隊(duì)建造了這個(gè)地面概念驗(yàn)證重力梯度儀。
然而，原子干涉測(cè)量法取決于量子力學(xué)，這種理論描述了物質(zhì)在亞微觀尺度上的表現(xiàn)。對(duì)重力信號(hào)高度敏感的原子也可以像光波一樣被哄騙。特殊的脈沖激光可以分裂和操縱原子波以傳播不同的路徑。兩個(gè)原子波將以一種影響一旦兩個(gè)波重新組合產(chǎn)生的干涉圖案的方式與重力相互作用。然后，科學(xué)家們可以分析這種模式，以獲得非常精確的引力場(chǎng)測(cè)量。
特別是，該團(tuán)隊(duì)正在將其量子傳感器作為一種潛在技術(shù)來(lái)收集NASA重力恢復(fù)和氣候?qū)嶒?yàn)（GRACE）后續(xù)任務(wù)當(dāng)前產(chǎn)生的數(shù)據(jù)類型。GRACE-FO是一項(xiàng)雙衛(wèi)星任務(wù)，它生成了每月重力圖，顯示了質(zhì)量的分布情況以及質(zhì)量隨時(shí)間的變化情況。量子傳感器具有非凡的精確度，可以消除對(duì)雙衛(wèi)星系統(tǒng)的需求，或者如果部署在互補(bǔ)軌道上的第二顆衛(wèi)星上，則可以提供更高的精度，參與此項(xiàng)工作的戈達(dá)德光學(xué)專家Lee Feinberg說(shuō)。
“利用這項(xiàng)新技術(shù)，我們可以測(cè)量地球引力的變化，這些變化來(lái)自融化冰蓋，干旱和排放地下水供應(yīng)，大大改善了開創(chuàng)性的GRACE任務(wù)，”戈達(dá)德科學(xué)家，諾貝爾獎(jiǎng)獲得者約翰馬瑟說(shuō)。 2006年獲得物理學(xué)獎(jiǎng)，因?yàn)樗诿绹?guó)宇航局的宇宙背景資源管理器上工作，幫助鞏固了宇宙的大爆炸理論。
但是，該儀器可用于回答其他科學(xué)問(wèn)題。
“當(dāng)我們發(fā)送探測(cè)器來(lái)探測(cè)它們時(shí)，我們可以測(cè)量行星，衛(wèi)星，小行星和彗星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。這項(xiàng)技術(shù)非常強(qiáng)大，它甚至可以擴(kuò)展諾貝爾獎(jiǎng)獲得的來(lái)自遙遠(yuǎn)黑洞的引力波測(cè)量值，觀察到新的頻率范圍，“馬瑟說(shuō)，指的是2015年宇宙引力波的確認(rèn) - 字面上，時(shí)空結(jié)構(gòu)中的漣漪向各個(gè)方向輻射，就像石頭扔進(jìn)池塘?xí)r發(fā)生的那樣。自初步確認(rèn)以來(lái)，激光干涉儀引力波天文臺(tái)和歐洲室女座探測(cè)器已檢測(cè)到其他事件。
自2004年以來(lái)，AOSense開發(fā)了量子傳感器和原子鐘，具有廣泛的專業(yè)知識(shí)和能力，涵蓋了用于精確導(dǎo)航和定時(shí)的先進(jìn)傳感器的開發(fā)和表征的各個(gè)方面。
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