據(jù)英國《新科學家》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4.5億美元;龐大的質(zhì)量使得將GOCE送往深空進行探測的費用更加高昂,不易實現(xiàn)。
為此,荷蘭特文特大學的雅普?弗洛斯達博士及其同事設(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,進而對一些復(fù)雜構(gòu)造進行解釋。
相對GOCE內(nèi)附重物間長達半米的特長距離,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實驗室的布魯斯?比爾斯表示,小型重力梯度儀具有相當?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。
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