NASA想用太空中漂浮的原子云来追踪地球引力

一个手提箱大小的量子传感器很快就能发现隐藏的水、油，甚至地下山脉 —— 所有这些都是通过跟踪原子下落的方式来实现的。

美国国家航空航天局（NASA）正在建造第一个用于太空的量子重力传感器 —— 一个手提箱大小的仪器，很快就能测量从地下水到隐藏的石油储量的一切，所有这些都是通过观察原子云在重力作用下的行为来实现的。

美国宇航局喷气推进实验室（JPL）的研究人员正在与几个合作伙伴一起开发这个项目，称为“量子重力梯度探路者（QGGPf）”。顾名思义，QGGPf是一个重力梯度仪，用于测量一个物体的加速度与附近另一个物体加速度的比较；物体加速度的差异对应于作用在每个物体上的重力强度。当重力更强时，物体 —— 也就是测试质量 —— 下落得更快。

地球的引力不是恒定的，它会随着地球周围质量的变化而微妙地变化。地质过程，如构造活动、冰川崩解或含水层排水，都会轻微地影响一个地区或另一个地区的重力。在我们的物理尺度上，这些变化是难以察觉的 —— 但对于科学家的超敏感仪器来说却不然。

这些微小的变化不仅仅是大自然的怪癖 —— 它们对导航系统、自然资源测绘，甚至国家安全都有实际用途。有了合适的传感器，科学家可以利用重力“看到”地球表面下隐藏的东西。重力地图越清晰，我们就能更好地了解地下的情况。

“我们可以用原子来确定喜马拉雅山的质量，”喷气推进实验室地球科学首席技术专家杰森·玄恩（Jason Hyon）在美国宇航局的一份新闻稿中说。QGGPf将专门使用铷原子，冷却到略高于绝对零度，其行为更像波而不是粒子，从太空进行测量。

这就是量子魔法发挥作用的地方：QGGPf使用两个超冷原子云 —— 测试质量 —— 并比较它们相对落下的速度。下落速度越快，表明该位置的重力越强。两种云之间的加速度差异告诉科学家引力异常的位置。

与旧的重力梯度仪不同，QGGPf使用量子物理来确保可重复性和精度。“有了原子，我可以保证每次测量都是一样的，”物理学家周胜伟（音译）说。“我们对环境噪音不那么敏感。”

按照航天标准，QGGPf将这些敏感的测量数据打包到一个很小的包装中：该设备仅重275磅（125公斤），占地约0.25立方米。

根据NASA发布的消息，量子重力梯度仪的灵敏度可能是传统重力传感器的10倍。这意味着更清晰的数据，更少的盲点，以及更深入地了解我们脚下发生的事情 —— 也许未来会发生在其他星球上。

QGGPf计划在本十年末发射，其主要任务是验证这项技术 —— 因此它的名字叫“探路者”。喷气推进实验室博士后本·斯特雷在同一份新闻稿中说：“以前没有人使用过这种飞行器。”“我们必须在太空中进行测试，以了解它的真正能力。”

如果QGGPf像希望的那样飞行和运行，我们不仅可以以前所未有的细节绘制我们自己的星球，还可以改变我们观察遥远世界的气体和岩石内部的方式。