Vad är en gradiometer?
En gradiometer mäter hastigheten på förändring som sker i en känd mängd, som kan involvera allt från temperatur till tryck till ett magnetiskt eller gravimetriskt fält. Gradiometrar har många, utbredda tillämpningar inom vetenskapen. De används i allt från arkeologi till kartläggning av jordens yta och klimat.
En gravitationsgradiometer kan användas för att mäta tätheten av jordskikt under ytan för petroleum- och mineralutforskning. Miniatyriserade versioner av dem utvecklas för att upptäcka hav som ligger under ytan, som Saturnus måne Enceladus kan ha. Radiogradiometrar har satts på obemannade luftfartyg (UAV) som den amerikanska militären använder för att upptäcka ledningar av improviserade sprängämnen (IED) under vägbanor i Irak, och de används också för att upptäcka tunnlar under jorden över Mexiko till USA gränsen som narkotikasmugglare använder. Eftersom en gradiometer också är en typ av lutningsmätare, kan de också användas för att mäta vinklar i förhållande till horisonten för konstruktions- och kartläggningsutrustning, flygfartygsbanor och längdåkningscyklister.
Gravitationsgradiometri har varierande nivåer av sofistikering för att mäta olika accelerationsaxlar, vilket beror på hur många oberoende mätgradiometer eller accelerometerenheter som är integrerade i en enhet. Alla gradiometrar tar emellertid de data som produceras och jämför dem med en standardkvantitet för att bestämma hastigheten på förändring eller gradientlutning som finns. Gravity gradiometerteknologi används redan i rymden i Gravity-fältet och Ocean State Circulation Explorer (GOCE), som lanserades av Europeiska rymdorganisationen (ESA) i lågjordbanan 2009.
GOCE-hantverket kretsar i den yttre atmosfären på en höjd av 260 mil (260 kilometer) för att öka upplösningen av gradiometrarna ombord, där den studerar beteendet hos havsströmmar och vulkanisk aktivitet. Från och med 2009 utformar forskare vid University of Twente i Nederländerna en miniatyrversion av gradiometer baserad på liknande principer, som skulle väga bara 35 gram (ett kilo) och kan läggas till rymdprober som skickas för att utforska solsystemet. Två fjäderbelastade massor upphängda av fjädrar skulle mäta jämförbara variationer i gravitationsdragen till picometerskala, eller en triljonmeter av en meter. Dessa gradiometrar kunde lösa månens funktioner under 200 miles (200 kilometer) i diameter eller mindre.
Radiovåggradiometrar, som ursprungligen användes i gruvindustrin som handhållna enheter, anpassades 2004 för att flyga på UAV-flygplan cirka 200 fot (61 meter) över marken. De sänder en radiovåg och upptäcker reflektioner av vågryggen som förändras av närvaron av metallledare under ytan eller ihåliga strukturer. Den ursprungliga radiovågen filtreras ut som ett slags brus av detektorerna, vilket gör det möjligt att se de mycket svagare variationerna i vågen på grund av gradientskillnader under jord. Den amerikanska regeringen har fortsatt att sponsra användningen och utvecklingen av sådana radiogradiometersystem med pågående fälttester från 2007 och 2008.
En annan typ av gradiometer är den magnetiska gradiometern som används i arkeologi och relaterade fält. Den visar en förmåga att inte påverkas av fluktuationer i jordens magnetfält orsakade av magnetiska stormar och används för att lokalisera mycket små avvikelser nära ytan som kan indikera fossil eller andra avlagringar från forntida civilisationer. Konstruktionerna av fluxgate gradiometer och cesiumånga-sensorer används tillsammans för att mäta magnetfältet som jorden tillför begravda väggar, avfyrade rester av föremål och så vidare över tid. Dessa avläsningar jämförs sedan med jordens magnetiska magnetfält för att lokalisera arkeologiska drag på grunt djup.