- 26,390
- 46
- 8 Ноя 2022
Новый способ находить подземные воды и магму открыт.
Астрофизики давно используют гравитационное линзирование, чтобы изучать далекие звезды, галактики и скопления вещества. Свет от удаленного объекта идет к Земле не всегда по прямой: рядом с массивными телами траектория меняется под действием гравитации. В общей теории относительности такой изгиб объясняют не массой фотона, а искривлением пространства-времени. Для науки важен сам измеримый эффект: свет можно заставить работать как датчик гравитационных изменений.
Физик Энбан Ли из Университета Вуллонгонга предложил использовать этот принцип не только в астрофизике, но и в прикладных измерениях на Земле. Ученый создал оптоволоконную лазерную систему, достаточно компактную и прочную для установки на самолет, а в перспективе даже на подводное судно. По замыслу автора, такой прибор сможет помогать при воздушной съемке, подземном картировании, экологическом мониторинге и навигации под водой.
Смысл технологии строится на простой идее: очень слабые изменения гравитации могут выдавать процессы, скрытые под землей или вокруг прибора. По таким отклонениям можно искать подземные воды, оценивать плотность пород, замечать пустоты, следить за накоплением магмы под вулканами и заранее видеть признаки будущей активности. Ли также рассматривает применение в разведке геологических ресурсов, климатических наблюдениях и оценке природных угроз по принципу, близкому к сонару или радару, только с опорой на свет и гравитационное поле.
Гравиметрия уже давно нужна оборонным проектам, горнодобывающей отрасли и геофизике. Механические датчики помогают находить плотные породы, скрытые водные карманы и подземные пещеры, но такие приборы плохо переносят вибрации и движение. Для самолета, корабля или подводного аппарата эта проблема особенно заметна: слабый полезный сигнал легко тонет в тряске и паразитных колебаниях.
Ли называет свой подход гравитационным картированием. Работа опубликована в Scientific Reports в виде ранней неотредактированной версии, пока статья проходит редакционную проверку. Главные преимущества новой схемы автор видит в мобильности и чувствительности: прибор не требует массивной механики и измеряет не смещение груза или маятника, а крошечные задержки лазерного света .
Размер установки выглядит скромно для такой задачи: высота около одного метра. Внутри находятся две катушки оптоволоконного кабеля. Если размотать каждую катушку, длина волокна превысит 10 километров. Лазер отправляет два световых луча по отдельным спиральным каналам, после чего система сравнивает, насколько отличается время прохождения каждого пути.
Разница получается чрезвычайно малой: задержки измеряются пикосекундами, то есть триллионными долями секунды. Именно эти отклонения становятся точками данных для карты гравитационного воздействия на свет. В лабораторных испытаниях Ли проверял прибор с помощью стального цилиндра массой 72 килограмма, установленного на колесах. Когда массивный объект приближали к катушкам, установка фиксировала изменение временной задержки между двумя лучами.
Университет Вуллонгонга осторожно описывает разработку как ранний опытный образец. До полевых испытаний технологии еще далеко: исследователям нужно лучше понять дополнительные взаимодействия света с гравитационными полями и сделать систему достаточно надежной для реальных условий. Лабораторная среда сильно отличалась от самолета или подводной лодки. Эксперименты проходили в кондиционируемом оптическом помещении и здании без вибраций, чтобы исключить лишние факторы при калибровке.
Сам Ли признает, что источники колебаний в сигналах временной задержки нужно изучать дальше. Для будущего датчика этот этап критичен: без точного понимания шумов невозможно отделить слабое гравитационное влияние от температурных изменений, механических напряжений в волокне и других помех.
В работе есть и более широкий физический вопрос. Ли связывает результаты с обсуждением того, как фотоны взаимодействуют с гравитационным полем Земли и может ли это влиять на распространение света в измерительной системе. В 1905 году Альберт Эйнштейн сформулировал принцип постоянства скорости света в вакууме независимо от движения наблюдателя. Новый эксперимент не отменяет этот принцип, но показывает, что высокоточные оптоволоконные установки могут тонко фиксировать влияние гравитации на путь и время распространения светового сигнала.
Пока прибор Ли не готов заменить существующие гравиметры, но опытный образец показывает возможное направление для более компактных датчиков. Если инженеры смогут вывести систему из тихой лаборатории в самолет, корабль или подводный аппарат, гравитационное картирование получит новый инструмент: лазерный датчик, который ищет скрытые процессы по едва заметным задержкам света.
Астрофизики давно используют гравитационное линзирование, чтобы изучать далекие звезды, галактики и скопления вещества. Свет от удаленного объекта идет к Земле не всегда по прямой: рядом с массивными телами траектория меняется под действием гравитации. В общей теории относительности такой изгиб объясняют не массой фотона, а искривлением пространства-времени. Для науки важен сам измеримый эффект: свет можно заставить работать как датчик гравитационных изменений.
Физик Энбан Ли из Университета Вуллонгонга предложил использовать этот принцип не только в астрофизике, но и в прикладных измерениях на Земле. Ученый создал оптоволоконную лазерную систему, достаточно компактную и прочную для установки на самолет, а в перспективе даже на подводное судно. По замыслу автора, такой прибор сможет помогать при воздушной съемке, подземном картировании, экологическом мониторинге и навигации под водой.
Смысл технологии строится на простой идее: очень слабые изменения гравитации могут выдавать процессы, скрытые под землей или вокруг прибора. По таким отклонениям можно искать подземные воды, оценивать плотность пород, замечать пустоты, следить за накоплением магмы под вулканами и заранее видеть признаки будущей активности. Ли также рассматривает применение в разведке геологических ресурсов, климатических наблюдениях и оценке природных угроз по принципу, близкому к сонару или радару, только с опорой на свет и гравитационное поле.
Гравиметрия уже давно нужна оборонным проектам, горнодобывающей отрасли и геофизике. Механические датчики помогают находить плотные породы, скрытые водные карманы и подземные пещеры, но такие приборы плохо переносят вибрации и движение. Для самолета, корабля или подводного аппарата эта проблема особенно заметна: слабый полезный сигнал легко тонет в тряске и паразитных колебаниях.
Ли называет свой подход гравитационным картированием. Работа опубликована в Scientific Reports в виде ранней неотредактированной версии, пока статья проходит редакционную проверку. Главные преимущества новой схемы автор видит в мобильности и чувствительности: прибор не требует массивной механики и измеряет не смещение груза или маятника, а крошечные задержки лазерного света .
Размер установки выглядит скромно для такой задачи: высота около одного метра. Внутри находятся две катушки оптоволоконного кабеля. Если размотать каждую катушку, длина волокна превысит 10 километров. Лазер отправляет два световых луча по отдельным спиральным каналам, после чего система сравнивает, насколько отличается время прохождения каждого пути.
Разница получается чрезвычайно малой: задержки измеряются пикосекундами, то есть триллионными долями секунды. Именно эти отклонения становятся точками данных для карты гравитационного воздействия на свет. В лабораторных испытаниях Ли проверял прибор с помощью стального цилиндра массой 72 килограмма, установленного на колесах. Когда массивный объект приближали к катушкам, установка фиксировала изменение временной задержки между двумя лучами.
Университет Вуллонгонга осторожно описывает разработку как ранний опытный образец. До полевых испытаний технологии еще далеко: исследователям нужно лучше понять дополнительные взаимодействия света с гравитационными полями и сделать систему достаточно надежной для реальных условий. Лабораторная среда сильно отличалась от самолета или подводной лодки. Эксперименты проходили в кондиционируемом оптическом помещении и здании без вибраций, чтобы исключить лишние факторы при калибровке.
Сам Ли признает, что источники колебаний в сигналах временной задержки нужно изучать дальше. Для будущего датчика этот этап критичен: без точного понимания шумов невозможно отделить слабое гравитационное влияние от температурных изменений, механических напряжений в волокне и других помех.
В работе есть и более широкий физический вопрос. Ли связывает результаты с обсуждением того, как фотоны взаимодействуют с гравитационным полем Земли и может ли это влиять на распространение света в измерительной системе. В 1905 году Альберт Эйнштейн сформулировал принцип постоянства скорости света в вакууме независимо от движения наблюдателя. Новый эксперимент не отменяет этот принцип, но показывает, что высокоточные оптоволоконные установки могут тонко фиксировать влияние гравитации на путь и время распространения светового сигнала.
Пока прибор Ли не готов заменить существующие гравиметры, но опытный образец показывает возможное направление для более компактных датчиков. Если инженеры смогут вывести систему из тихой лаборатории в самолет, корабль или подводный аппарат, гравитационное картирование получит новый инструмент: лазерный датчик, который ищет скрытые процессы по едва заметным задержкам света.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
