NASA が資金提供した新しい研究は、気候をより適切に測定するための次世代技術を構築します

複数の大学の研究チームで構成される、新たに資金提供されたNASA Quantum Pathways Instituteの一部として、カリフォルニア大学サンタバーバラ校の電気およびコンピューター工学の教授Daniel Blumenthal は、宇宙空間で原子を観察することにより、重要な気候要因の測定を改善するための技術とツールの構築を支援します。 .

「私たちは、これまで覗いたことのない宇宙を覗き込んでいます」と彼は言いました。

オースティンにあるテキサス大学 (UT) の同僚が率いるブルメンタールと他の研究者は、原子が環境の小さな変化にどのように反応するかを観察し、それを使用して重力場の時間変動を推測する量子センシングに焦点を当てます。地球の。

これにより、科学者は、海面上昇、氷の融解速度、陸水資源の変化、海洋蓄熱の変化など、いくつかの重要な気候プロセスの測定精度を向上させることができます。

新しいプロジェクトのリーダーであり、UT オースティンの宇宙研究センターの所長でもある Srinivas Bettadpur 氏は、次のように述べています。

「私たちは、地球全体を監視できる宇宙で量子センシング技術を使用して、気候プロセスを観察、解釈、理解することで次世代の問題を解決したいと考えています」とベタプール氏は述べています。

新しい量子経路研究所には、コロラド大学ボールダー校、カリフォルニア工科大学、米国国立標準技術研究所 (NIST) の研究者も含まれています。研究者たちは、NASA から 5 年間で 1,500 万ドルの資金を受け取りました。

これは、「Quantum 2.0」として知られるものを確立するための最初の取り組みです。つまり、物理学で知られている量子原理を超えて前進し、実際にそれらを使用可能なデバイスの概念に変換します.

研究者は、重力の変化と、それが気候に与える影響を具体的に調べます。氷冠が溶け、海面と気温が変化するなど、気候が変化すると、地球の周りや宇宙空間の重力も変化します。地球を周回する原子は、これらの重力の変化に反応します。これらの反応を測定することで、研究者は気候プロセスの変化をより正確に読み取ることができます。

チームの課題は 2 つあります。これらのセンシング技術の一部は現在も存在していますが、それらが構築しているものの多くは新しいものです。

「これを行うには、ここ地球上の原子実験の 90% を構成するレーザー、フォトニクス、変調器、制御電子機器を利用し、そのすべての精度を小型で低電力のチップで実現するために非常に懸命に取り組む必要があります。宇宙に展開することができます」と自称「レーザーの人」であるブルメンタール氏は、可視光、原子および量子フォトニック統合、光学および通信技術を専門とする研究を行っています.

彼が取り組んでいるチップ スケールへの移行を支援する技術の 1 つは、コロラド大学で開発された研究所の振動格子干渉計構造です。このタイプの原子干渉計センサーは、多くのレーザーと光学系を使用して原子を冷却およびトラップし、非常に高い感度で重力勾配を測定します。

それに加えて、これらの機器を軌道に乗せるという課題があります。

「宇宙では手作業でメンテナンスを行うことはできません。一度送信したものは手の届かないところにあります。あなたはそれを見ることができません」とBettadpurは言いました. 「発見を可能にするために、少なくとも数年間は装置が飛行し、テクノロジーが機能することを確認するために、多大な労力を費やす必要があります。」

この技術をゼロから構築し、宇宙で使用できるようにするには、大規模で多様な研究者チームが必要です。Bettadpur は、軌道力学、重力場、および宇宙ミッション設計の専門家です。

Blumenthal は、UT Austin の電気工学およびコンピューター工学の同僚である Seth Bank および Dan Wasserman と協力して、宇宙から地球の重力の小さな変動を測定するためのコンパクトなチップ用のフォトニックまたは光ベースの集積回路を開発します。

UT オースティン校の航空宇宙工学および工学力学科の准教授である Ufuk Topcu 氏は、複雑なシステムのモデリングに関する彼の専門知識を応用して、信頼性と自律動作を改善するために使用できる量子センシング システムのモデルを開発します。デバイスのメンテナンスがオプションではないアプリケーション。

他のチームメンバーには、実験量子物理学と計測器の専門家であるダナ・アンダーソンが含まれます。量子ナビゲーションとタイミングの専門家であるペニーナ・アクセルラッド。Murray Holland、理論物理学および量子機械学習。コロラド大学ボルダー校のマルコ・ニコトラ、量子光学制御。

カリフォルニア工科大学のシステム、宇宙飛行、重力科学の専門家、Michael Watkins もグループの一員です。また、物理学者であり、宇宙および量子アプリケーションの精密測定の専門家である Michelle Stephens が NIST から参加します。

地球の気候問題に対処するための重力センシングを超えて、Blumenthal は、この非常に高感度な宇宙ベースの重力測定技術が、将来の宇宙探査の目的だけでなく、他の地球ベースのアプリケーションにも最終的に展開される可能性があると考えています。

「宇宙ステーションや静止衛星にある可能性があります」と彼は言いました。「あるいは、それらを木星、金星、火星に送って、それらの惑星の重力をマッピングすることもできます。」

（リンク：https://www.noozhawk.com/new-nasa-funded-research-will-build-next-gen-tech-to-better-measure-climate/）