Che cos'è un gradiometro?
Un gradiometro misura la velocità di variazione che si verifica in una quantità nota, che può coinvolgere qualsiasi cosa, dalla temperatura alla pressione, fino a un campo magnetico o gravimetrico. I gradiometri hanno numerose e diffuse applicazioni scientifiche. Sono utilizzati in tutto, dall'archeologia alla mappatura della superficie e del clima della Terra.
Un gradiometro a gravità può essere utilizzato per misurare la densità degli strati di terra sotto la superficie per l'esplorazione di petrolio e minerali. Sono in fase di sviluppo versioni in miniatura per rilevare gli oceani del sottosuolo, come la luna di Saturno che Encelado potrebbe avere. I gradiometri radio sono stati montati su veicoli aerei senza equipaggio (UAV) che le forze armate statunitensi usano per rilevare i cavi conduttori di ordigni esplosivi improvvisati (IED) sotto strade in Iraq, e sono anche impiegati per rilevare tunnel sotterranei attraverso il Messico-USA confine che usano i trafficanti di droga. Poiché un gradiometro è anche un tipo di inclinometro, possono anche essere utilizzati per misurare gli angoli rispetto all'orizzonte per le attrezzature di costruzione e rilevamento, i percorsi di volo degli aeromobili e i ciclisti di sport di fondo.
La gradiometria a gravità ha vari livelli di sofisticazione per misurare diversi assi di accelerazione, che dipende da quante unità di misura o gradiometri di misura indipendenti sono incorporate in un dispositivo. Tutti i gradiometri, tuttavia, prendono i dati prodotti e li confrontano con una quantità standard per determinare la velocità di variazione o la pendenza del gradiente esistente. La tecnologia del gradiometro a gravità è già in uso nello spazio nel campo di gravità e nell'Ocean Circulation Explorer (GOCE) allo stato stazionario, lanciato dall'Agenzia spaziale europea (ESA) in orbita terrestre bassa nel 2009.
Il mestiere GOCE orbita nell'atmosfera esterna ad un'altezza di 162 miglia (260 chilometri) per aumentare la risoluzione dei gradiometri a bordo, dove studia il comportamento delle correnti oceaniche e l'attività vulcanica. A partire dal 2009, i ricercatori dell'Università di Twente nei Paesi Bassi stanno progettando una versione in miniatura del gradiometro basato su principi simili, che peserebbe solo 35 once (un chilogrammo) e potrebbe essere aggiunto alle sonde spaziali inviate per esplorare il sistema solare. Due masse caricate a molla sospese da molle misurerebbero variazioni paragonabili dell'attrazione gravitazionale alla scala del picometro, o un trilionesimo di metro. Questi gradiometri potrebbero risolvere le caratteristiche lunari del sottosuolo con diametro di 124 miglia (200 chilometri) o inferiore.
I gradiometri a onde radio, originariamente utilizzati nell'industria mineraria come unità portatili, sono stati adattati nel 2004 per volare su velivoli UAV a circa 61 metri dal suolo. Trasmettono un'onda radio e rilevano i riflessi dell'onda che sono alterati dalla presenza di conduttori metallici sotto la superficie o strutture vuote. L'onda radio originale viene filtrata come una sorta di rumore dai rivelatori, il che rende possibile vedere le variazioni molto più deboli dell'onda a causa delle differenze di gradiente sotterranee. Il governo degli Stati Uniti ha continuato a sponsorizzare l'uso e lo sviluppo di tali sistemi di radio gradiometri con prove sul campo in corso dal 2007 al 2008.
Un altro tipo di gradiometro è il gradiometro magnetico utilizzato in archeologia e campi correlati. Dimostra la capacità di non essere influenzato dalle fluttuazioni del campo magnetico terrestre causate da tempeste magnetiche e viene usato per localizzare anomalie molto piccole vicino alla superficie che potrebbero indicare fossili o altri depositi di antiche civiltà. I gradiometri fluxgate e i sensori di vapore di cesio sono usati insieme per misurare il campo magnetico che la Terra impartisce alle pareti sepolte, ai resti di oggetti sparati e così via nel tempo. Queste letture vengono quindi confrontate con il campo magnetico di fondo della Terra per localizzare le caratteristiche archeologiche a profondità basse.