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小型重力梯度仪设计方案出炉 对行星重力场分布探测有重要价值

展会前线中国仪表网2009年08月18日 09:00人气:671

    据英国《新科学家》杂志报道,由于一种名为“重力梯度仪”的小型仪器的诞生,使得揭示火星和其他行星地表下方的隐藏地貌变得更加容易。这款装置的设计初衷是探测不同地点间重力大小的变化,使其能映射出某一行星的重力场的分布。
  作为欧洲航天局研制的最先进的探测卫星之一,地球重力场和海洋环流探测卫星(GOCE)正在探测地球的重力场,其装备了多套灵敏度极高的探测设备,有助于科学家更深入地了解地球的内部结构。但其重约1吨左右,造价高达4.5亿美元;庞大的质量使得将GOCE送往深空进行探测的费用更加高昂,不易实现。
  为此,荷兰特文特大学的雅普·弗洛斯达博士及其同事设计出了一款重量仅为1公斤的小型装置,其采用单硅晶片,设计理念十分简单:使两种重物分别附在弹簧上,如果其中一种重物略微接近行星表面,它将感受到更强烈的重力,牵引弹簧的力度也将比另一种重物更大。对比两种重物对弹簧的拉力的大小,可探测出行星上不同地点的重力梯度。重力梯度空间参量图能给出构造倾角和倾面的信息,结合重力梯度剖面和梯度空间参量图可以构建出地下构造的几何模型,进而对一些复杂构造进行解释。
  相对GOCE内附重物间长达半米的特长距离,新型仪器的测试重物间仅相距几厘米左右。为探测到十分微小的重力变化,测试重物必须附着在极为精细的弹簧上,每一个重物测量的位置需在1皮米范围内,约合1米的万亿分之一;驱动重物的梳状装置的电容也将随重物的上下移动而发生改变。
  美国宇航局喷气推进实验室的布鲁斯·比尔斯表示,小型重力梯度仪具有相当的潜力,如果感应度如此之高且重量极轻的梯度仪能够制造成功并实现深空飞行,其将对行星的重力场分布探测起到至关重要的影响。
  研究团队计划将这一仪器放置在环绕某一行星航行的宇宙飞船上,其可探测到重力场200公里内或更广范围的重力变化,或探寻隐藏在南极圈或土卫二表层下的未知海洋等。下一步研究人员将率先制造出一件样品仪器用于地球的探测,探测时长约为几个月左右。
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