视频GRACE-FO双星将借助激光技术精确测量地球重力场

美国宇航局（NASA）将于 5 月 19 号发射“重力恢复与气候实验的后续”任务（简称 GRACE-FO），旨在以前所未有的精度，绘制出地球的重力场。借助一种叫做“激光测距干涉”的新技术，两颗卫星将在五年时间里收集重力异常图，其精度是此前 GRACE 任务的十倍。2017 年 10 月的时候，GRACE 任务的两颗轨道飞行器结束了它们的使命，然后以受控的方式重新进入了地球的大气层。

GRACE-FO 将演示使用激光（而不是微波）来更精确地测量两个航天器间距波动的有效性（图自：NASA / JPL-Caltech）

作为德美合作项目，GRACE-1 号和 GRACE-2 号于 2002 年发射升空，以密集队列的形式在近地轨道上运行着。其采用了微博测距系统，能够以微米级精度测量两者的间距（头发丝直径的 1/N）。

系统还结合了 GPS 追踪数据、星体追踪器的姿态数据、以及一个加速度计，以消除大气阻力、轨道衰减、太阳风压力等外部因素的干扰，为两者提供精确的速度和距离记录。

激光测距干涉仪（图自：阿尔伯特·爱因斯坦研究所）

通过这样做，科学家们可以测量每一次加减速的速度，以应对地球上的质量变化。当飞船绘制出山脉结构、地壳下岩浆变化、地震影响、以及全球水和冰盖流动时，这样的异常就像 X-射线进入了行星的内部。

不同的是，GRACE 依赖于微波来测量两者的间距，而 GRACE-FO 引入了精度水平更高的激光技术，但系统的整体原理还是一致的。

当卫星鱼贯环绕地球轨道时，这些移动的质量会改变下方的引力，并轻微影响两者的间距（图自：NASA / JPL-Caltech）

由 NASA 喷气动力实验室（JPL）和德国马克斯普朗克重力物理研究所开发的新型激光测距干涉仪，使用了仅为微波十分之一的波长来测距。在此之前，这项技术一直仅限于实验室。

不过在未来，这项技术还有望分辨超过 200 英里（300 公里）的直径，感兴趣的朋友可以通过下方视频来了解 GRACE-FO 的技术原理。

Crazy Engineering_ GRACE-FO（via）

NASA 表示，GRACE-FO 可用于两个距离 137 英里（220 公里）的运动物体，有点类似于用高能望远镜锁定一颗恒星 —— 但除非它有一个较低的动力瞄准镜，否则是很难达成的。

本例中，这些激光会向另一方发出闪烁信号，先激活、再分析任何接收到的可能配置，这大约需要 9 个小时。不过一旦被捕获并锁定，就只需 1ms 的时间来建立光连接。

[编译自：New Atlas, 来源：NASA]