Что такое градиометр?

Градиентометр измеряет скорость изменения, которое происходит в известном количестве, которое может включать в себя все, от температуры до давления, до магнитного или гравиметрического поля. Градиометры имеют многочисленные широко распространенные применения в науке. Они используются во всем, от археологии до картирования земной поверхности и климата.

Гравитационный градиентометр может использоваться для измерения плотности слоев земли под поверхностью для разведки нефти и полезных ископаемых. Миниатюрные версии их разрабатываются для обнаружения подповерхностных океанов, таких как, например, лунный спутник Сатурна Энцелад. Ради градиентометры были установлены на беспилотные летательные аппараты (БПЛА), которые военные США используют для обнаружения проводящих проводов самодельных взрывных устройств (СВУ) под автодорогами в Ираке, и они также используются для обнаружения туннелей под землей через Мексику-США. границу, которую используют контрабандисты наркотиков. Поскольку градиентометр также является типом инклинометра, их также можно использовать для измерения углов относительно горизонта для строительного и геодезического оборудования, траекторий полета самолетов и спортивных велосипедистов по пересеченной местности.

Гравитационная градиентометрия имеет различные уровни сложности для измерения различных осей ускорения, которые зависят от того, сколько независимых измерительных градиентометров или акселерометров встроено в устройство. Однако все градиентометры берут полученные данные и сравнивают их со стандартной величиной, чтобы определить существующую скорость изменения или наклон градиента. Технология гравитационного градиентометра уже используется в космосе в поле Гравитация и в установившемся исследователе океанической циркуляции (GOCE), который был запущен Европейским космическим агентством (ESA) на околоземную орбиту в 2009 году.

Аппарат GOCE выполняет полеты по орбите во внешней атмосфере на высоте 162 миль (260 километров), чтобы увеличить разрешение градиентометров на борту, где он изучает поведение океанских течений и вулканической активности. С 2009 года исследователи из Университета Твенте в Нидерландах разрабатывают миниатюрную версию градиентометра, основанную на аналогичных принципах, которая будет весить всего 35 унций (один килограмм) и может быть добавлена ​​к космическим зондам, отправленным для исследования Солнечной системы. Две подпружиненные массы, подвешенные на пружинах, будут измерять сравнимые вариации гравитационного притяжения с пикометрической шкалой, или одной триллионной доли метра. Эти градиентометры могут разрешать подповерхностные объекты Луны диаметром 124 мили (200 километров) или меньше.

Радиоволновые градиентометры, первоначально использовавшиеся в горнодобывающей промышленности в качестве портативных устройств, были адаптированы в 2004 году для полета на самолетах БПЛА на высоте около 200 футов (61 м) над землей. Они передают радиоволны и обнаруживают отражения обратной волны, которые изменяются из-за присутствия металлических проводников под поверхностью или полых структур. Исходная радиоволна отфильтровывается детекторами как своего рода шум, который позволяет увидеть гораздо более слабые изменения в волне из-за градиентных различий под землей. Правительство США продолжало спонсировать использование и разработку таких радиоградиентометрических систем, проводя полевые испытания в 2007 и 2008 годах.

Другой тип градиентометра - это магнитный градиентометр, используемый в археологии и смежных областях. Он демонстрирует способность не подвергаться воздействию колебаний магнитного поля Земли, вызванных магнитными бурями, и используется для обнаружения очень небольших аномалий вблизи поверхности, которые могут указывать на окаменелости или другие отложения древних цивилизаций. Конструкции градиентометра с флюсгейтом и датчика цезия используются совместно для измерения магнитного поля, которое Земля передает в заглубленные стены, обожженные останки предметов и т. Д. С течением времени. Затем эти показания сравниваются с фоновым магнитным полем Земли, чтобы определить местонахождение археологических объектов на небольших глубинах.