NASA开发全球首个太空量子重力传感器 可精确监测地球引力变化

4 月 21 日消息，美国国家航空航天局（NASA）宣布与多家私营企业和学术机构合作，共同开发量子重力梯度仪先锋号（Quantum Gravity Gradiometer Pathfinder, QGGPf），这是全球首个用于监测地球重力的太空量子传感器，旨在对地球引力进行前所未有的精确监测。

据了解，地球的重力并非均匀分布，由于水流、地震、冰川融化和其他地质事件导致地球质量转移，重力会发生变化。对这些微小的引力变化进行精确测量，对于资源管理、自然灾害预测以及理解气候变化的影响至关重要。

“这项任务将成为量子传感领域的里程碑，并为石油储备乃至全球淡水供应等各类重要观测开辟道路，”NASA 喷气推进实验室（JPL）团队指出。

量子重力梯度仪先锋号的核心是梯度仪，这是一种通过比较两个相邻物体（称为测试质量）下落加速度来测量地球重力变化的仪器。在重力较强的区域，测试质量的下落加速度会更大。

QGGPf 采用了一种创新的方法，即利用冷却至极低温度（接近 0 开尔文）的铷原子云。在如此低温下，原子会展现出类似波的特性，梯度仪将通过测量这些波的微小加速度差异来绘制重力场的变化图。与地球上受环境因素干扰的重力测量方法相比，太空中的测量环境几乎不受干扰，能够提供更精确的读数。

NASA 喷气推进实验室（JPL）的物理学家 Sheng-wey Chiow 表示：“使用超冷原子云作为测试质量，能够确保太空重力测量在长期内保持准确性。原子的特性使得每一次测量都能保持一致，对环境因素的敏感度也大大降低。”

量子传感器的另一大优势在于其高灵敏度和紧凑性。科学家们指出，量子传感器的精度可能比传统传感器高出 10 倍，且体积更小、重量更轻。据 NASA 介绍，QGGPf 建成后重量仅为 125 公斤，体积为 0.25 立方米。JPL 的博士后研究员本・斯特雷表示：“目前还没有人尝试将这种仪器送入太空。我们需要通过飞行测试来了解其性能，这不仅有助于推进量子重力梯度仪的发展，也将为量子技术的整体进步提供宝贵经验。”

量子重力梯度仪先锋号预计将在 2030 年左右准备好部署。NASA 团队对其充满期待，相信它将帮助科学家揭开地球重力场的诸多奥秘，为地球科学研究带来新的突破。