نشر نتائج تجربة باستخدام جهاز كمي على محطة الفضاء الدولية

نشر فريق البحث في 7 مايو في المجلة تم تطبيق المراجعة البدنية نتائج اختبار مقياس المغناطيسية الكمي OSCAR-QUBE. وأجريت التجربة نفسها باستخدام الجهاز على متن محطة الفضاء الدولية في 2021-2022 واستمرت نحو عشرة أشهر.

كيف يعمل الجهاز

تبين أن الجهاز صغير جدًا – حوالي 10 × 10 سم. هذا مستشعر كمي حقيقي، والذي يمكن أن يصبح في المستقبل بديلاً مدمجًا ودقيقًا لأجهزة قياس المغناطيسية الفضائية الضخمة.

ويوجد في قلب الجهاز ماسة صناعية صغيرة بحجم حبة العدس. تكمن “قوته الخارقة” بأكملها في عيوب خاصة داخل البلورة – ما يسمى مراكز الشغور النيتروجين (مراكز نيفادا).

تخيل أنه في الشبكة الماسية المثالية لذرات الكربون، يظهر فجأة “ثقب” (شغور)، وبجانبه توجد ذرة نيتروجين. تتصرف مثل هذه المنطقة “المعيبة” كمستشعر كمي حساس للغاية. فهو يتفاعل بشكل حاد حتى مع التغيرات الضعيفة في المجال المغناطيسي – مثل إبرة البوصلة، إلا أنها أكثر دقة وحساسية بملايين المرات.

كيف يعمل في الممارسة العملية

أثناء التجربة، تم إضاءة الماسة في نفس الوقت بالليزر الأخضر وتعريضها لأشعة الميكروويف. ردا على ذلك، بدأ يتوهج باللون الأحمر. يختلف السطوع والخصائص الأخرى لهذا التوهج اعتمادًا على قوة المجال المغناطيسي المحيط.

ومن هذه التغيرات في التوهج، حدد العلماء بدقة عالية كيف يتغير المجال المغناطيسي للأرض في الفضاء.

وتبين أن النتائج دقيقة للغاية – حيث تطابقت البيانات التي تم الحصول عليها باستخدام مستشعر الماس بشكل جيد مع النماذج الحالية للمجال المغناطيسي للأرض. وهذا يؤكد أن الطريقة ناجحة ويمكن استخدامها.

لماذا تعتبر هذه القياسات مهمة؟

يتكون المجال المغناطيسي للأرض من حركة المادة المنصهرة في اللب الخارجي للكوكب. ومع ذلك، فإن سلوكه لا يزال غير مفهوم تماما. من الصعب بشكل خاص تفسير التغيرات الصغيرة والسريعة، فضلا عن الضعف التدريجي للمجال، والذي لوحظ منذ حوالي قرنين من الزمان.

تتيح لنا القياسات الدقيقة من المدار تحسين النماذج الجيوفيزيائية وفهم العمليات داخل الأرض بشكل أفضل. بالإضافة إلى ذلك، تعتبر هذه البيانات مهمة للملاحة في الظروف التي تكون فيها أنظمة الأقمار الصناعية مثل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) غير متاحة أو معطلة.

ما أظهرته التجربة على محطة الفضاء الدولية

أكد OSCAR-QUBE أن التكنولوجيا الكمومية يمكن أن تعمل بثبات في الفضاء. ومع ذلك، فإن حساسيته لا تتجاوز حتى الآن أفضل أجهزة قياس المغناطيسية الكلاسيكية.

ويشير الباحثون إلى أن القياسات تم إجراؤها داخل المحطة، حيث أحدثت المعدات الكهرومغناطيسية تداخلاً إضافيًا. وقد أدى ذلك إلى الحد من نقاء الإشارة، لكنه لم يمنعنا من التحقق من مبدأ التشغيل نفسه.

وأوضح رئيس المشروع ياروسلاف هروبي من جامعة هاسيلت أن “قياس المجال المغناطيسي للأرض مفيد للغاية لأنه يعكس العديد من العمليات داخل الكوكب”.

ويخطط العلماء في المستقبل لوضع أجهزة استشعار مماثلة خارج المحطة من أجل تقليل تأثير المجالات الدخيلة والحصول على بيانات أكثر دقة.

إذا تطورت التكنولوجيا، يمكن أن تصبح أجهزة قياس المغناطيسية الكمومية معدات قياسية على الأقمار الصناعية الصغيرة. وهذا سيجعل من الممكن إطلاق مهمات أرخص مع الحصول في الوقت نفسه على خرائط مفصلة للمجال المغناطيسي للأرض، وهو أمر مهم لفهم ديناميكياتها الداخلية والتغيرات طويلة المدى.