美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）近日宣布了一項(xiàng)與私營(yíng)企業(yè)和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)攜手合作的重大計(jì)劃，旨在開發(fā)全球首個(gè)太空量子傳感器——量子重力梯度儀先鋒號(hào)（QGGPf）。這一創(chuàng)新項(xiàng)目將聚焦于對(duì)地球引力的前所未有的精確監(jiān)測(cè)，開啟地球重力研究的新篇章。

地球的重力分布并非一成不變，而是受到多種地質(zhì)活動(dòng)的影響，如水流變化、地震活動(dòng)、冰川融化等，導(dǎo)致地球質(zhì)量分布發(fā)生微妙變動(dòng)，進(jìn)而引起重力的變化。精確捕捉這些微小的引力波動(dòng)，對(duì)于資源管理、自然災(zāi)害預(yù)警以及氣候變化研究具有極其重要的意義。

QGGPf項(xiàng)目的核心在于其獨(dú)特的量子重力梯度儀，該儀器通過(guò)比較兩個(gè)相鄰測(cè)試質(zhì)量的下落加速度來(lái)精確測(cè)量地球重力的變化。NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）團(tuán)隊(duì)指出，這一任務(wù)將成為量子傳感領(lǐng)域的重大突破，為石油勘探、全球淡水供應(yīng)等重要觀測(cè)領(lǐng)域開辟新的道路。

QGGPf采用了前沿的量子技術(shù)，利用冷卻至極低溫度（接近絕對(duì)零度）的銣原子云作為測(cè)試質(zhì)量。在如此極端的低溫條件下，原子表現(xiàn)出波動(dòng)性，使得梯度儀能夠通過(guò)測(cè)量這些微小波的加速度差異來(lái)繪制地球重力場(chǎng)的變化圖。與地面上的重力測(cè)量方法相比，太空中的測(cè)量環(huán)境幾乎不受任何干擾，從而能夠提供更精確的數(shù)據(jù)。

NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家Sheng-wey Chiow表示，使用超冷原子云作為測(cè)試質(zhì)量，可以確保太空重力測(cè)量的長(zhǎng)期準(zhǔn)確性。原子的特性使得每次測(cè)量都能保持一致，大大降低了對(duì)環(huán)境因素的敏感度。

量子傳感器的另一大優(yōu)勢(shì)在于其高靈敏度和緊湊性。據(jù)NASA介紹，QGGPf建成后重量?jī)H為125公斤，體積為0.25立方米，精度卻可能比傳統(tǒng)傳感器高出10倍。JPL的博士后研究員本?斯特雷強(qiáng)調(diào)，這一創(chuàng)新技術(shù)尚未在太空中進(jìn)行過(guò)測(cè)試，飛行測(cè)試將有助于深入了解其性能，推動(dòng)量子重力梯度儀的發(fā)展，并為量子技術(shù)的整體進(jìn)步提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。

隨著QGGPf項(xiàng)目的推進(jìn)，科學(xué)家們期待著在2030年左右將其部署到太空中。這一創(chuàng)新項(xiàng)目將幫助科學(xué)家更深入地了解地球重力場(chǎng)的奧秘，為地球科學(xué)研究帶來(lái)革命性的突破。