L’analisi della gravità terrestre, per coglierne anche le sfumature più sottili, sarà il compito principale di un nuovo tipo di sensore, supportato dall’Earth Science Technology Office della Nasa: si tratta di un sensore quantistico – il primo che verrà utilizzato dallo spazio – al momento in fase di sviluppo. Lo strumento, denominato Quantum Gravity Gradiometer Pathfinder (QggPf), sta prendendo forma dalla collaborazione tra il Jet Propulsion Laboratory della Nasa, aziende aerospaziali e istituzioni di ricerca; il lancio è previsto al temine del corrente decennio.
Misurare il campo gravitazionale del nostro pianeta riveste un ruolo fondamentale per avere un identikit preciso del sottosuolo e delle sue caratteristiche, in modo da poter disporre di mappe che possono avere importanti ricadute in vari settori (ad esempio, la gestione delle risorse idriche e minerarie, la navigazione e la sicurezza). Il campo gravitazionale è una realtà dinamica che cambia di giorno in giorno in base alla redistribuzione della massa sulla superficie della Terra, messa in atto da vari processi geologici. Questi mutamenti non sono percepibili dagli esseri umani, ma non sfuggono ai gradiometri gravitazionali, strumenti particolarmente sensibili che riescono a coglierli e a collegarli a realtà del sottosuolo come le falde acquifere.
Ma come vengono effettuate queste misurazioni? I gradiometri gravitazionali sono in grado di individuare la velocità di caduta di un manufatto in uno specifico luogo e di calcolare la differenza rispetto alla velocità di caduta di un altro campione di riferimento in un posto poco distante; questo valore corrisponde alla differenza nella forza di gravità. Gli oggetti, definiti ‘masse di prova’, cadono più rapidamente dove la gravità è più intensa.
Il nuovo strumento QggPf misurerà queste variazioni utilizzando gli atomi ultra-freddi del rubidio come masse di prova; secondo i ricercatori, questi atomi sono in grado di garantire misurazioni dallo spazio particolarmente accurate su archi di tempo estesi. Questo sensore, inoltre, avrà dimensioni contenute rispetto ad altri strumenti gravitazionali inviati nello spazio: un volume di 0,25 metri cubi e un peso di circa 125 chilogrammi. Oltre alle già citate misurazioni, QggPf testerà una serie di tecnologie innovative per gestire le interazioni tra la luce e la materia a livello atomico; infine, i risultati della sua futura missione potranno avere ricadute positive anche per approfondire il ruolo della gravità nel plasmare l’Universo.
In alto: un esempio di mappa gravitazionale della Terra. Il rosso indica le aree che esercitano una maggiore attrazione gravitazionale, mentre il blu indica quelle che ne esercitano una minore (Crediti: Nasa)