Скалярный магнитометр определяет направление магнитного поля
Более двух лет скалярный магнитометр, разработанный Технологическим университетом Граца (TU Graz) и Институтом космических исследований (IWF) Австрийской академии наук, находится в пути к Юпитеру в рамках миссии ESA JUICE, чтобы обнаружить жидкую воду под поверхностью ледяных спутников планеты.
Роланд Ламмеггер из Института экспериментальной физики TU Graz вместе с коллегой Кристофом Амтманном и командой из Института космических исследований усовершенствовали изобретённый им магнитометр. Улучшенная версия может определять не только силу магнитных полей, но и их направление, что ранее было невозможно с чисто оптическими магнитометрами.
«До сих пор существовали только теоретические предположения о том, как можно определить направление магнитного поля с помощью скалярного магнитометра, — говорит Ламмеггер. — С нашим устройством у нас появился своеобразный компас для измерения магнитного поля, который показывает нам силу и направление. Эта разработка может заменить несколько измерительных приборов в будущем. Это будет иметь несколько преимуществ для космических миссий: меньше места, меньший вес и меньшее потребление энергии».
В основе магнитометра лежат атомы рубидия и их реакция на магнитное поле. Если атомы рубидия стимулировать лазерным излучением, частота лазерного излучения изменяется. Эти изменения позволяют сделать выводы о силе магнитного поля.
Чтобы получить векторную информацию, необходимо было детально проанализировать резонансные амплитуды атомов. Резонансная амплитуда — это мера того, насколько сильно атомы рубидия реагируют на лазерное излучение, проходящее через них. Существует несколько таких резонансов, амплитуды которых находятся в определённом соотношении друг с другом и содержат решающую угловую информацию.
В протестированной экспериментальной установке с двумя лучами лазерного излучения, направленными друг на друга, можно было измерить два резонанса: один, который в основном параллелен каждому лучу лазерного излучения, и второй, который имеет максимум под прямым углом к нему. Сравнивая силу этих резонансов, можно было определить угол магнитного поля с точностью до угловой минуты.
Команда провела испытания в обсерватории Conrad Observatory компании GeoSphere Austria в Нижней Австрии, где можно было не только измерить магнитное поле Земли, но и создать тестовые магнитные поля, чтобы проанализировать «мёртвые зоны» магнитометра. Устройство работало более месяца, чтобы проверить его функциональность и стабильность.
«Если бы мы запустили магнитометр с четырьмя лазерными лучами вместо двух, мы могли бы добиться ещё более точных результатов, — говорит Амтманн. — Однако это значительно увеличило бы механическую и оптическую сложность и было бы непригодным для использования на спутниках при нынешнем уровне технологий».
«Тем не менее наша разработка показывает, что этот магнитометр также перспективен для планетарных зондов с двумя лазерными лучами — при условии, что магнитное поле не будет слишком слабым. Тот факт, что мы зашли так далеко, во многом обусловлен нашими коллегами из Института космических исследований, которые внесли решающий вклад в создание этого нового магнитометра благодаря своему опыту в аппаратном и программном обеспечении».
Предоставлено Технологическим университетом Граца.