Co to jest gradiometr?
Gradiometr mierzy szybkość zmian zachodzących w znanej ilości, która może obejmować wszystko, od temperatury po ciśnienie po pole magnetyczne lub grawimetryczne. Gradiometry mają liczne, szeroko rozpowszechnione zastosowania w nauce. Są stosowane we wszystkim, od archeologii po mapowanie powierzchni Ziemi i klimatu.
Gradiometr grawitacyjny może być używany do pomiaru gęstości warstw ziemi pod powierzchnią do poszukiwań ropy naftowej i minerałów. Opracowywane są ich zminiaturyzowane wersje w celu wykrywania podpowierzchniowych oceanów, takich jak księżyc Saturna, Enceladus. Gradiometry radiowe zostały umieszczone na bezzałogowych statkach powietrznych (UAV), których wojsko amerykańskie używa do wykrywania przewodów przewodzących improwizowanych urządzeń wybuchowych (IED) pod drogami w Iraku, a także do wykrywania tuneli podziemnych w całym Meksyku-USA granice, z których korzystają przemytnicy narkotyków. Ponieważ gradiometr jest również rodzajem inklinometru, można go również używać do pomiaru kątów w stosunku do horyzontu dla sprzętu budowlanego i geodezyjnego, torów lotu samolotów i rowerzystów przełajowych.
Gradiometria grawitacyjna ma różne poziomy zaawansowania do pomiaru różnych osi przyspieszenia, co zależy od liczby niezależnych mierników gradientu lub akcelerometru wbudowanych w urządzenie. Wszystkie gradiometry pobierają jednak wygenerowane dane i porównują je ze standardową wielkością, aby określić istniejące tempo zmian lub nachylenie gradientu. Technologia gradiometru grawitacyjnego jest już wykorzystywana w przestrzeni kosmicznej w polu grawitacyjnym i w stacjonarnym eksploratorze cyrkulacji oceanów (GOCE), który został uruchomiony przez Europejską Agencję Kosmiczną (ESA) na orbitę nisko Ziemi w 2009 roku.
Statek GOCE krąży w atmosferze zewnętrznej na wysokości 162 mil (260 kilometrów), aby zwiększyć rozdzielczość gradiometrów na pokładzie, gdzie bada zachowanie prądów oceanicznych i aktywność wulkaniczną. Od 2009 r. Naukowcy z University of Twente w Holandii projektują miniaturową wersję gradiometru opartą na podobnych zasadach, która ważyłaby zaledwie 35 uncji (jeden kilogram) i mogłaby zostać dodana do sond kosmicznych wysyłanych w celu zbadania układu słonecznego. Dwie obciążone sprężyną masy zawieszone na sprężynach zmierzyłyby porównywalne zmiany siły przyciągania grawitacyjnego do skali pikometru, czyli jednej bilionowej części metra. Te mierniki gradientu mogą rozwiązać podpowierzchniowe obiekty księżycowe o średnicy 124 mil (200 kilometrów) lub mniejszych.
Gradiometry fal radiowych, pierwotnie stosowane w przemyśle wydobywczym jako urządzenia ręczne, zostały przystosowane w 2004 r. Do latania na samolotach UAV około 200 stóp (61 metrów) nad ziemią. Nadają falę radiową i wykrywają odbicia fali wstecznej, które są zmieniane przez obecność metalowych przewodników pod powierzchnią lub pustymi strukturami. Oryginalna fala radiowa jest odfiltrowywana przez detektory jako rodzaj szumu, co umożliwia dostrzeżenie znacznie słabszych zmian fali z powodu różnic gradientu pod ziemią. Rząd Stanów Zjednoczonych nadal sponsoruje stosowanie i rozwój takich systemów gradiometrów radiowych, prowadząc trwające testy w terenie w latach 2007 i 2008.
Innym rodzajem gradiometru jest gradiometr magnetyczny stosowany w archeologii i dziedzinach pokrewnych. Wykazuje zdolność do tego, aby nie ulegać wpływom fluktuacji pola magnetycznego Ziemi spowodowanych przez burze magnetyczne, i służy do lokalizowania bardzo małych anomalii w pobliżu powierzchni, które mogą wskazywać na skamieliny lub inne złoża starożytnych cywilizacji. Konstrukcja gradiometru fluxgate i czujnika pary cezu są używane razem do pomiaru pola magnetycznego, które Ziemia przykłada do zakopanych ścian, wystrzeliwanych resztek obiektów i tak dalej. Odczyty te są następnie porównywane z polem magnetycznym tła Ziemi w celu zlokalizowania archeologicznych cech na płytkich głębokościach.