小型重力梯度儀設(shè)計方案出爐

據(jù)英國《新科學(xué)家》雜志報道，由于一種名為“重力梯度儀”的小型儀器的誕生，使得揭示火星和其他行星地表下方的隱藏地貌變得更加容易。這款裝置的設(shè)計初衷是探測不同地點(diǎn)間重力大小的變化，使其能映射出某一行星的重力場的分布。
　　作為歐洲航天局研制的最先進(jìn)的探測衛(wèi)星之一，地球重力場和海洋環(huán)流探測衛(wèi)星(GOCE)正在探測地球的重力場，其裝備了多套靈敏度極高的探測設(shè)備，有助于科學(xué)家更深入地了解地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。但其重約1噸左右，造價高達(dá)4.5億美元；龐大的質(zhì)量使得將GOCE送往深空進(jìn)行探測的費(fèi)用更加高昂，不易實(shí)現(xiàn)。
　　為此，荷蘭特文特大學(xué)的雅普·弗洛斯達(dá)博士及其同事設(shè)計出了一款重量僅為1公斤的小型裝置，其采用單硅晶片，設(shè)計理念十分簡單：使兩種重物分別附在彈簧上，如果其中一種重物略微接近行星表面，它將感受到更強(qiáng)烈的重力，牽引彈簧的力度也將比另一種重物更大。對比兩種重物對彈簧的拉力的大小，可探測出行星上不同地點(diǎn)的重力梯度。重力梯度空間參量圖能給出構(gòu)造傾角和傾面的信息，結(jié)合重力梯度剖面和梯度空間參量圖可以構(gòu)建出地下構(gòu)造的幾何模型，進(jìn)而對一些復(fù)雜構(gòu)造進(jìn)行解釋。
　　相對GOCE內(nèi)附重物間長達(dá)半米的特長距離，新型儀器的測試重物間僅相距幾厘米左右。為探測到十分微小的重力變化，測試重物必須附著在極為精細(xì)的彈簧上，每一個重物測量的位置需在1皮米范圍內(nèi)，約合1米的萬億分之一；驅(qū)動重物的梳狀裝置的電容也將隨重物的上下移動而發(fā)生改變。
　　美國宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的布魯斯·比爾斯表示，小型重力梯度儀具有相當(dāng)?shù)臐摿Γ绻袘?yīng)度如此之高且重量極輕的梯度儀能夠制造成功并實(shí)現(xiàn)深空飛行，其將對行星的重力場分布探測起到至關(guān)重要的影響。
　　研究團(tuán)隊計劃將這一儀器放置在環(huán)繞某一行星航行的宇宙飛船上，其可探測到重力場200公里內(nèi)或更廣范圍的重力變化，或探尋隱藏在南極圈或土衛(wèi)二表層下的未知海洋等。下一步研究人員將率先制造出一件樣品儀器用于地球的探測，探測時長約為幾個月左右。