北京
一顆不完美的鉆石，成了從太空感知地球磁場(chǎng)的完美工具。
國(guó)際空間站上，一個(gè)邊長(zhǎng)僅10厘米的量子裝置正在改寫太空磁測(cè)的歷史。這個(gè)名叫OSCAR-QUBE的小家伙，用鉆石里的"缺陷"當(dāng)傳感器，在2021至2022年的10個(gè)月里持續(xù)工作，繪制出的磁場(chǎng)地圖與此前估計(jì)高度吻合。比利時(shí)哈塞爾特大學(xué)的工程師Jaroslav Hruby及其團(tuán)隊(duì)于5月7日在《Physical Review Applied》期刊發(fā)表了這項(xiàng)成果。
太空測(cè)量地球磁場(chǎng)向來(lái)是個(gè)"重量級(jí)"任務(wù)。傳統(tǒng)方案需要龐大的衛(wèi)星，而量子傳感器卻能做得更小、更靈敏、更穩(wěn)定。OSCAR-QUBE的核心是一顆扁豆大小的鉆石，其碳原子晶格中存在特殊缺陷——某個(gè)碳原子缺失，相鄰位置又被氮原子取代。這些缺陷 behaves like 量子粒子，擁有類似原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)。磁場(chǎng)會(huì)改變?nèi)毕莸哪芗?jí)，因此用激光和微波照射鉆石時(shí)，通過(guò)測(cè)量其發(fā)光變化，就能探測(cè)地球磁場(chǎng)強(qiáng)度的空間差異。
"地球磁場(chǎng)其實(shí)非常迷人，它承載著海量信息，"Hruby說(shuō)。地核熔融物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)、地殼巖石、空間天氣、海洋潮汐，都會(huì)擾動(dòng)磁場(chǎng)。磁場(chǎng)地圖甚至能在GPS失效時(shí)用于導(dǎo)航。
不過(guò)OSCAR-QUBE的性能尚未超越最先進(jìn)的傳統(tǒng)磁力儀。空間站內(nèi)部的磁場(chǎng)環(huán)境限制了它的發(fā)揮，下一代任務(wù)將配備升級(jí)后的量子硬件，并在艙外進(jìn)行測(cè)量。
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