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- 團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建并演示了第一個(gè)用于衛(wèi)星重力測量的量子傳感器
- 來源：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量的量子傳感器原型 - 這是邁向下一代大地測量，水文和氣候監(jiān)測任務(wù)的踏腳石。 。
與美國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量法的革命性測量技術(shù)，前美國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，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。雖然地球的引力場因各種原因而發(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
“我們的傳感器比具有類似靈敏度目標(biāo)的競爭傳感器小，”Goddard光學(xué)物理學(xué)家兼合作者Babak Saif表示�！耙郧暗幕谠痈缮鎯x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)及其對氣候變化。事實(shí)上，傳感器是未來NASA跨越各種科學(xué)學(xué)科的候選者�！�
原子干涉測量非常類似于光學(xué)干涉測量法，這是一種用于科學(xué)和工業(yè)的200年歷史的技術(shù)，用于測量物體中的小位移。光學(xué)干涉測量法通過比較在兩個(gè)不同路徑之間分開的光來獲得測量結(jié)果。當(dāng)來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)對其進(jìn)行檢查，以獲得高精度的測量結(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)。對重力信號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測量。
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。
“利用這項(xiàng)新技術(shù)，我們可以測量地球引力的變化，這些變化來自融化冰蓋，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。 2006年獲得物理學(xué)獎(jiǎng)，因?yàn)樗诿绹詈骄值挠钪姹尘百Y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)問題。
“當(dāng)我們發(fā)送探測器來探測它們時(shí)，我們可以測量行星，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)獲得的來自遙遠(yuǎn)黑洞的引力波測量值，觀察到新的頻率范圍，“馬瑟說，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，激光干涉儀引力波天文臺(tái)和歐洲室女座探測器已檢測到其他事件。
自2004年以來，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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