GRACE-FO雙星將藉助激光技術精確測量地球重力場

原標題：GRACE-FO雙星將藉助激光技術精確測量地球重力場

美國宇航局（NASA）將於 5 月 19 號發射「重力恢復與氣候實驗的後續」任務（簡稱 GRACE-FO），旨在以前所未有的精度，繪製出地球的重力場。 藉助一種叫做「激光測距干涉」的新技術，兩顆衛星將在五年時間裡收集重力異常圖，其精度是此前 GRACE 任務的十倍。2017 年 10 月的時候，GRACE 任務的兩顆軌道飛行器結束了它們的使命，然後以受控的方式重新進入了地球的大氣層。

GRACE-FO 將演示使用激光（而不是微波）來更精確地測量兩個航天器間距波動的有效性（圖自：NASA / JPL-Caltech）

作為德美合作項目，GRACE-1 號和 GRACE-2 號於 2002 年發射升空，以密集隊列的形式在近地軌道上運行著。其採用了微博測距系統，能夠以微米級精度測量兩者的間距（頭髮絲直徑的 1/N）。

系統還結合了 GPS 追蹤數據、星體追蹤器的姿態數據、以及一個加速度計，以消除大氣阻力、軌道衰減、太陽風壓力等外部因素的干擾，為兩者提供精確的速度和距離記錄。

激光測距干涉儀（圖自：阿爾伯特·愛因斯坦研究所）

通過這樣做，科學家們可以測量每一次加減速的速度，以應對地球上的質量變化。當飛船繪製出山脈結構、地殼下岩漿變化、地震影響、以及全球水和冰蓋流動時，這樣的異常就像 X-射線進入了行星的內部。

不同的是，GRACE 依賴於微波來測量兩者的間距，而 GRACE-FO 引入了精度水平更高的激光技術，但系統的整體原理還是一致的。

當衛星魚貫環繞地球軌道時，這些移動的質量會改變下方的引力，並輕微影響兩者的間距（圖自：NASA / JPL-Caltech）

由 NASA 噴氣動力實驗室（JPL）和德國馬克斯普朗克重力物理研究所 開發 的新型激光測距干涉儀，使用了僅為微波十分之一的波長來測距。在此之前，這項技術一直僅限於實驗室。

不過在未來，這項技術還有望分辨超過 200 英里（300 公里）的直徑，感興趣的朋友可以通過下方 視頻 來了解 GRACE-FO 的技術原理。

Crazy Engineering_ GRACE-FO（ via ）

NASA 表示，GRACE-FO 可用於兩個距離 137 英里（220 公里）的運動物體，有點類似於用高能望遠鏡鎖定一顆恆星 —— 但除非它有一個較低的動力瞄準鏡，否則是很難達成的。

本例中，這些激光會向另一方發出閃爍信號，先激活、再分析任何接收到的可能配置，這大約需要 9 個小時。不過一旦被捕獲並鎖定，就只需 1ms 的時間來建立光連接。

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