Il Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA, in collaborazione con imprese tecnologiche e istituzioni accademiche, sta lavorando a un progetto che promette di ridefinire la nostra capacità di osservare il pianeta: il primo sensore quantistico per misurare la gravità dallo spazio. Il dispositivo, chiamato Quantum Gravity Gradiometer Pathfinder (QGGPf), aprirà nuove strade nel monitoraggio dei cambiamenti geologici e nella comprensione della distribuzione delle masse terrestri, grazie a una sensibilità senza precedenti.
Dalla NASA un sensore quantistico per mappare la gravità terrestre
Misurare la gravità non è solo una sfida scientifica, ma una necessità concreta per molteplici applicazioni strategiche. Il campo gravitazionale terrestre, infatti, è in costante mutamento. Le forze geologiche ridistribuiscono continuamente la massa del pianeta: i movimenti tettonici, lo scioglimento dei ghiacci, le variazioni nelle falde acquifere o nei giacimenti di risorse influenzano localmente la gravità.
Queste variazioni non sono percepibili dai nostri sensi, ma strumenti come i gradiometri gravitazionali permettono di mapparle con estrema precisione. I gradiometri gravitazionali rilevano le variazioni del campo gravitazionale confrontando la velocità di caduta di due oggetti posti a breve distanza l’uno dall’altro. Questi oggetti, chiamati masse di prova, sono lasciati cadere in condizioni di microgravità: quando uno dei due accelera più rapidamente, significa che in quel punto la gravità è più intensa. È proprio questa differenza di accelerazione a rivelare le irregolarità nel campo gravitazionale terrestre.
Nel caso del QGGPf, le masse di prova saranno sostituite da nuvole di atomi di rubidio ultra-freddi. Portati a temperature prossime allo zero assoluto, questi atomi assumono un comportamento ondulatorio: diventano vere e proprie onde di materia. Il gradiometro quantistico misurerà con estrema precisione lo scarto di accelerazione tra queste onde, permettendo così di individuare anomalie gravitazionali con una sensibilità mai raggiunta prima.
Perché usare gli atomi: precisione, stabilità e compattezza
L’aspetto più rivoluzionario del QGGPf risiede nell’approccio quantistico. Gli strumenti gravitazionali tradizionali sono spesso ingombranti e sensibili alle variazioni ambientali. Invece, un sensore basato su atomi freddi garantisce ripetibilità e stabilità nel tempo. “Con gli atomi, posso garantire che ogni misurazione sarà la stessa”, spiega il fisico sperimentale Sheng-wey Chiow, che lavora al progetto. “Siamo meno sensibili agli effetti ambientali”.
Ma non è solo una questione di accuratezza. Il QGGPf sarà anche straordinariamente compatto: con un volume di appena 0,25 metri cubi e un peso di circa 125 chilogrammi, potrà essere facilmente installato su un singolo veicolo spaziale. Questa caratteristica apre alla possibilità di future costellazioni di satelliti quantistici per una mappatura costante e globale della gravità terrestre.
Un nuovo sguardo sulla Terra, tra geologia e sicurezza
Le mappe gravitazionali generate da strumenti come il QGGPf saranno fondamentali per migliorare la navigazione satellitare, gestire meglio le risorse idriche e minerarie, e persino rafforzare la sicurezza nazionale, offrendo informazioni cruciali su cambiamenti nel sottosuolo che potrebbero precedere eventi come terremoti o frane.
Il progetto è sostenuto dall’Earth Science Technology Office (ESTO) della NASA e punta a un lancio dimostrativo entro la fine del decennio. I dettagli dello strumento sono stati pubblicati in un articolo sulla rivista EPJ Quantum Technology.
