一項新的研究發表在《物理學》網站上，美國NASA噴氣推進實驗室的科學家達米德拉·阿魯姆加姆正在開發一種全新的傳感器技術，這種技術有望徹底改變地球遙感領域。這項新技術被稱為“裏德伯傳感器”，它利用量子理論來同時檢測廣泛的雷達信號。
在傳統的遙感應用中，衛星上的傳感器通常只能檢測特定頻率的光波。雷達信號被分成不同的“頻段”，每個頻段覆蓋從幾兆赫茲到幾千兆赫茲不等的範圍。例如，NASA使用VHF（30-300MHz）頻段來研究地球斷層，使用UHF（300-1000MHz）頻段來研究降雪和降雨。然而，要檢測這些不同頻段的信號，需要各自專門設計的天線，這使得系統變得越來越昂貴和複雜。
這時候，裏德伯傳感器登場了。它是一種利用單個原子的量子態來檢測不同電磁波的傳感器。例如，一個裏德伯傳感器可以從HF頻段一直檢測到雷達頻譜高端的Ka頻段信號。這樣，衛星只需要一個傳感器就可以監測所有雷達能夠檢測的不同系統。
圖釋：裏德堡傳感雷達的圖形描述。圖片來源：DarmindraArumugam
要理解裏德伯傳感器的工作原理，需要對量子力學有相當深入的了解。裏德伯傳感器是以一種叫做裏德伯態的量子態命名的，這種態對環境非常敏感。工程師們通過激光照射單個銣或銫原子，使其變大到幾乎像細菌一樣大，然後通過光學監測原子的變化，這些變化會受到之前提到的雷達頻段信號的影響。
支持的光學系統會分析原子的變化，並將這些變化與特定頻段信號的變化相關聯。目前，已經有一些概念驗證的例子，比如美國國家標准與技術研究院提供的例子，但這些傳感器還沒有應用到太空中。這正是阿魯姆加姆博士的研究方向，他的項目是開發一種可以發射到衛星上的裏德伯傳感器，能夠檢測廣泛的雷達信號，包括那些監測冰雪覆蓋的信號。
阿魯姆加姆博士希望通過一個裏德伯傳感器捕捉所有數據，形成地球冰川、融雪和冰層變化的完整圖景。當然，這還需要一段時間，因為進入太空的旅程並不溫柔，而目前裏德伯傳感器只在實驗室中展示過其工作原理。但考慮到這項技術只有十年的歷史，未來還有很大的改進空間。
正如阿魯姆加姆博士在他的提案結尾所說，這項技術“具有引起NASA、公眾和工業界興趣的巨大潛力……”。如果它能如理論預期那樣工作，他的預言將會成真。
來自：科學剃刀
