Φανταστείτε να βρίσκεστε στην οροφή ενός κτιρίου και να πρέπει να πετύχετε με ένα λέιζερ ένα άλλο κτίριο, σε απόσταση 160 χιλιομέτρων: Είναι η ακρίβεια που απαιτείται για τους σκοπούς της αποστολής GRACE-FO (Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-On) της NASA, η οποία πρόκειται να εκτοξευτεί σύντομα, με σκοπό την πραγματοποίηση για πρώτη φορά δοκιμής μιας πρωτοποριακής τεχνικής (laser ranging interferometry) μεταξύ δύο δορυφόρων.
Φανταστείτε να βρίσκεστε στην οροφή ενός κτιρίου και να πρέπει να πετύχετε με ένα λέιζερ ένα άλλο κτίριο, σε απόσταση 160 χιλιομέτρων: Είναι η ακρίβεια που απαιτείται για τους σκοπούς της αποστολής GRACE-FO (Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-On) της NASA, η οποία πρόκειται να εκτοξευτεί σύντομα, με σκοπό την πραγματοποίηση για πρώτη φορά δοκιμής μιας πρωτοποριακής τεχνικής (laser ranging interferometry) μεταξύ δύο δορυφόρων.
Η αποστολή GRACE-FO προορίζεται να εκτοξευτεί στις 19 Μαΐου και συνεχίζει στα ίχνη της αποστολής GRACE, που είχε εκτοξευτεί το 2002 για αποστολή πέντε ετών και εν τέλει σταμάτησε τη λειτουργία του τον Οκτώβριο του 2017, έχοντας δώσει πολύτιμα δεδομένα για τον κύκλο του νερού στη Γη, καθώς και άλλους τομείς επιστημονικού ενδιαφέροντος. Το GRACE-FO αναμένεται να συνεχίσει στον ίδιο δρόμο, αυξάνοντας τις επιστημονικές γνώσεις για τις διαδικασίες των συστημάτων της Γης και την ακρίβεια της παρακολούθησης του περιβάλλοντος και των προγνώσεων καιρού.
Το GRACE αποκτούσε δεδομένα για την κίνηση των μαζών της Γης μετρώντας τις μικρές αλλαγές στην απόσταση μεταξύ δύο διαστημοπλοίων που πετούσαν το ένα πίσω από το άλλο γύρω από τη Γη. Όταν τα σκάφη αυτά έβρισκαν μια αλλαγή στην κατανομή της μάζας- όπως ένα βουνό ή ένας υπόγειος όγκος νερού- η βαρυτική έλξη της Γης σε αυτά άλλαζε τη μεταξύ τους απόσταση. Μετρώντας με ακρίβεια κάθε μήνα πώς άλλαζε η απόσταση μεταξύ των δύο σκαφών σε κάθε περιστροφή και στο πέρασμα του χρόνου, ήταν δυνατός ο εντοπισμός αλλαγών στην κατανομή μαζών της Γης με υψηλή ακρίβεια. Η μέτρηση αυτών των μεταβολών ήταν δυνατή επειδή το κάθε διαστημόπλοιο εξέπεμπε μικροκύματα προς το άλλο. Ο τρόπος με τον οποίο αλληλεπιδρούσαν αυτά δημιουργούσε ένα ιντερφερόμετρο μικροκυμάτων στο διάστημα, με τα δύο σκάφη να αποτελούν ένα ενιαίο όργανο που μπορούσε να μετρά με ακρίβεια τη μεταξύ τους απόσταση.
Το GRACE-FO λειτουργεί σε γενικές γραμμές στις ίδιες αρχές, με το κάθε σκάφος να φέρει ένα όργανο μικροκυμάτων- αλλά στον εξοπλισμό περιλαμβάνεται και κάτι νέο, ένα δοκιμαστικό LRI (laser ranging interferometer) το οποίο διαχειρίζονται το JPL (Jet Propulsion Laboratory) της NASA στην Πασαντίνα της Καλιφόρνια και το ινστιτούτο βαρυτικής φυσικής Max Planck (Albert-Einstein Institut) στο Αννόβερο της Γερμανίας. Πέρα από μικροκύματα, οι δύο δορυφόροι θα αλληλοστοχεύονται και με λέιζερ- και από τη στιγμή που τα μήκη κύματος σε μια ακτίνα λέιζερ είναι κατά πολύ μικρότερα αυτών των μικροκυμάτων, θεωρείται πως θα αυξηθεί κατά πολύ η ακρίβεια της μέτρησης απόστασης, καθώς το όργανο θα μπορεί να εντοπίζει αλλαγές στην απόσταση 10 φορές μικρότερες από αυτές που μπορεί να βρει το όργανο μικροκυμάτων- μεταβολές τάξης μεγέθους 100 φορές λεπτότερου από το πάχος μιας ανθρώπινης τρίχας.
Ο κάθε δορυφόρος θα είναι σε θέση να εντοπίζει το σήμα λέιζερ του άλλου, σε απόσταση 220 χιλιομέτρων, κάτι που αποτελεί δύσκολο «άθλο», οπότε και απαιτούνται επίπονες και ενδελεχείς ρυθμίσεις και διαδικασίες για να διασφαλιστεί η επιτυχία.
«Το LRI στο GRACE-FO είναι εν δυνάμει μια τεχνολογία που θα ανοίξει τον δρόμο για μελλοντικές αποστολές γύρω από τη Γη, ή ακόμα και για να κοιτάξουμε το σύμπαν» είπε ο Φρανκ Γουέμπ, επιστήμονας του προγράμματος στο JPL. «Αυτή η νέα, υψηλότερης ακρίβειας μέτρηση θα επέτρεπε πολύ πιο αποδοτικές αποστολές στο μέλλον με μικρότερη μάζα, ενέργεια και κόστος. Ανυπομονούμε να δούμε πώς θα τα πάει».