Это устройство — градиометр силы тяжести, который позволяет с высокой точностью фиксировать изменения гравитационного поля планеты над разными ее участками. Идея проста: берем пару тел, закрепленных на пружинах и начинаем облет планеты. Разумеется, что одно из тел оказывается чуть ближе к ней и испытывает, соответственно, чуть более сильное притяжение, слегка сильнее натягивая пружинный подвес. Разница между натяжением пружин у обоих тел, как ни мала, может быть измерена и позволяет составить детальную карту гравитационного поля планеты.
Такой прибор установлен на борту европейского зонда GOCE, который был запущен недавно и уже ведет работу по изучению нашей планеты и уточнению ее формы (читайте: «Некруглая Земля»). Однако этот градиометр — инструмент совсем не компактный, весит он не один центнер, и даже на орбиту доставить его было задачей сложной и крайне дорогой. Ну а об отправке к другим планетам и речи быть не может.
Однако неожиданное решение проблемы пришло со стороны нидерландских ученых во главе с Яапом Флокстра (Jaap Flokstra), которые сумели разработать градиометр силы тяжести, весящий всего около килограмма. Вместо тяжелых тел в нем используется тонкие кремниевые пластины, обработанные с помощью технологий, которые используются в микроэлектронике.
Пластины в этом приборе расположены на расстоянии всего в пару сантиметров (у градиометра на борту GOCE две тяжелых массы разделяет около полуметра), да и их собственные размеры делают разницу между гравитационным воздействием на них планеты ничтожной. Однако разработчики нашли средства фиксировать и эту разницу, подвесив пластины на сверхчувствительных пружинах, причем изменение в расстоянии между пластинами ведется с точностью до 1 пикометра (0,001 нм): это изменение слегка меняет емкость конденсатора, который представляет собой система из пары пластин и разделяющего их материала. Изменение емкости замерить можно с куда более высокой точностью.
Конечно, до уровня GOCE такому прибору далеко — но его все-таки можно использовать для более далеких миссий, а стандартный тяжеленный градиометр для этого не подойдет. По оценке ученых, если разместить подобное устройство на спутнике и отправить его к соседней планете, оно вполне способно различить геологические структуры размерами от 200 км, включая горы, уходящие глубоко под верхний слой коры или, скажем, скрытые под поверхностью океаны, которые, как давно подозревают ученые, имеются на спутнике Сатурна Энцеладе (читайте о них: «Внутренние силы малыша»).
По публикации New Scientist Space