近日，美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)夏威夷火山觀(guān)測(cè)站(HVO)宣布將使用絕對(duì)量子重力儀(AQG)，幫助探測(cè)火山地下活動(dòng)。

夏威夷火山觀(guān)測(cè)站(HVO)采用的絕對(duì)量子重力儀(AQG)，圖片來(lái)自HVO

在火山研究中，重力儀可以幫助科學(xué)家探測(cè)到巖漿流動(dòng)引起的重力場(chǎng)的細(xì)微變化。當(dāng)測(cè)量火山活動(dòng)地區(qū)的重力場(chǎng)時(shí)，更強(qiáng)的重力場(chǎng)通常意味著地表下有更多的巖漿。

目前重力儀主要分為兩種：相對(duì)重力儀和絕對(duì)重力儀。

相對(duì)重力儀是最常用的。相對(duì)重力儀包含一個(gè)連接在靈敏的垂直彈簧上的重物。重力會(huì)拉伸彈簧，拉伸的程度與測(cè)量的局部重力成正比。相對(duì)重力儀可以測(cè)量不同位置之間的重力差。

絕對(duì)重力儀則直接測(cè)量重力加速度。與相對(duì)重力儀不同，絕對(duì)重力儀不會(huì)受時(shí)間影響測(cè)量精度。自由落體式絕對(duì)重力儀較為常見(jiàn)，但大多體積龐大，不僅需要充足的電力供應(yīng)，而且不適合在惡劣的野外條件下使用，比如火山。而能夠攜帶的、體積較小的儀器無(wú)法進(jìn)行長(zhǎng)期、連續(xù)地測(cè)量，并且不夠靈敏，無(wú)法探測(cè)到火山監(jiān)測(cè)所需的微小變化。

基拉韋厄(Kīlauea)火山噴發(fā)，圖片來(lái)自美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)

此次，夏威夷火山觀(guān)測(cè)站采用的絕對(duì)量子重力儀克服了經(jīng)典自由落體式絕對(duì)重力儀的局限性。該儀器通過(guò)激光冷卻銣原子云，以此測(cè)量重力加速度，不僅體積很小，便于部署在活火山現(xiàn)場(chǎng)，而且可以進(jìn)行精確的、長(zhǎng)期的連續(xù)測(cè)量。這也是夏威夷火山觀(guān)測(cè)站首次引入絕對(duì)量子重力儀。

在經(jīng)常噴發(fā)的意大利埃特納火山(Mount Etna)北坡，已經(jīng)安裝有相同型號(hào)的絕對(duì)量子重力儀。盡管振動(dòng)噪聲的水平較高，但該儀器已經(jīng)成功記錄了幾個(gè)月的高精度數(shù)據(jù)，幫助意大利改進(jìn)火山災(zāi)害報(bào)告和應(yīng)急預(yù)案。

目前，夏威夷火山觀(guān)測(cè)站的絕對(duì)量子重力儀正在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試和校準(zhǔn)。最終，它將被長(zhǎng)期部署在基拉韋厄(Kīlauea)火山山頂，并進(jìn)行連續(xù)測(cè)量的工作。

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