W przeciwieństwie do poprzednich rozwiązań, które rejestrowały jedynie natężenie pola, nowy przyrząd potrafi określić również jego kierunek. Ta zdolność, połączona z niewielkimi rozmiarami i oszczędnością energetyczną, czyni go szczególnie obiecującym dla misji kosmicznych, gdzie każdy gram i wat mocy mają kolosalne znaczenie finansowe.
Jak działa nowatorski magnetyczny kompas
Urządzenie opracowane wspólnie przez specjalistów z Politechniki w Grazu i Instytutu Badań Kosmicznych Austriackiej Akademii Nauk wykorzystuje atomy rubidu. Reagują one na pole magnetyczne w sposób niezwykle precyzyjny. Gdy naukowcy poddają je działaniu światła laserowego, częstotliwość tego światła ulega zmianom zależnym od siły otaczającego pola.
Czytaj także: Coś dziwnego wydarzyło się z polem magnetycznym Ziemi. Dowody znaleziono w niespodziewanym miejscu
Klucz do pomiaru kierunku tkwi w szczegółowej analizie amplitud rezonansowych atomów. Ich wzajemny stosunek zawiera informacje o kącie pola magnetycznego. Podczas eksperymentów zastosowano dwie wiązki lasera skierowane pod kątem, co pozwoliło osiągnąć dokładność pomiaru do minuty kątowej. System porównuje siłę dwóch różnych rezonansów – równoległego i prostopadłego względem wiązki światła – co umożliwia precyzyjne określenie orientacji pola.
Testy w naturalnych warunkach
Próby prowadzone w Obserwatorium Conrada GeoSphere Austria w Dolnej Austrii trwały ponad miesiąc. To strategiczny ośrodek, pozwalający na równoczesne badanie naturalnego pola ziemskiego i generowanie pól testowych. Eksperymenty potwierdziły nie tylko funkcjonalność urządzenia, ale także jego stabilność podczas długotrwałej pracy. Zespół dokładnie przeanalizował także tzw. martwe punkty magnetometru, czyli obszary, w których pomiary mogą tracić na precyzji.
Dla misji kosmicznych najważniejsze wydają się trzy aspekty. Urządzenie zajmuje znacznie mniej miejsca niż kilka osobnych instrumentów, co w kosmicznej rzeczywistości ma kolosalne znaczenie. Nie bez znaczenia jest też mniejsza masa – każdy zaoszczędzony gram przekłada się na ogromne oszczędności przy starcie rakiety. Trzecią kluczową zaletą jest niższe zapotrzebowanie na energię, co automatycznie wydłuża potencjalny czas trwania misji przy ograniczonych zasobach energetycznych.
Warto przypomnieć, że poprzednia generacja tego typu magnetometru już od ponad dwóch lat podróżuje w przestrzeni kosmicznej na pokładzie europejskiej sondy JUICE zmierzającej ku lodowym księżycom Jowisza. Nowa wersja mogłaby zastąpić kilka urządzeń jednocześnie.
Wyzwania i perspektywy
Choć technologia wygląda obiecująco, jej twórcy nie ukrywają pewnych ograniczeń. Obecna konfiguracja z dwiema wiązkami laserowymi najlepiej sprawdza się przy polach o umiarkowanej sile. Przy znacznie słabszych polach dokładność mogłaby znacząco spaść. Naukowcy rozważają możliwość zastosowania czterech wiązek laserowych dla poprawy precyzji, ale to rozwiązanie rodzi inne problemy – znacząco zwiększyłoby mechaniczną i optyczną złożoność całego systemu.
Czytaj także: Pole magnetyczne Jowisza wygląda zaskakująco. Naukowcy nie wiedzą skąd się to wzięło
Mimo tych wyzwań, austriaccy badacze pokazali, że innowacyjne podejście do istniejących technologii może przynieść zaskakujące rezultaty. W kontekście kosmicznej eksploracji, gdzie każdy element musi być maksymalnie wydajny i lekki, takie rozwiązania naprawdę mogą zrobić różnicę. Trzeba jednak przyznać, że od laboratoryjnego sukcesu do rutynowego zastosowania w misjach międzyplanetarnych droga bywa długa i wyboista.