這個(gè)球是人類有史以來(lái)制造的“最”圓的球體。這個(gè)石英球只有乒乓球大小，表面的弧度誤差小于10納米，已經(jīng)接近了原子大小尺度。如果把這個(gè)球放大到地球大小，那么地球上的高處和低處僅僅距離2.4米。這4個(gè)球由熔融石英制成，并涂有極薄的鈮層。它們這么圓不是為了好看，而是盡量減少對(duì)陀螺儀旋轉(zhuǎn)的影響，因此陀螺儀永遠(yuǎn)不會(huì)接觸到它們的容納室，而是通過(guò)電場(chǎng)懸浮，使用1馬赫氦氣流旋轉(zhuǎn)，通過(guò)使用SQUID監(jiān)測(cè)超導(dǎo)鈮層的磁場(chǎng)來(lái)感測(cè)它們的旋轉(zhuǎn)軸。

　　2004年4月20日美國(guó)發(fā)射了1顆衛(wèi)星，叫做重力探測(cè)器B，目前已經(jīng)報(bào)廢了，用來(lái)測(cè)量地球周圍的時(shí)空曲率，測(cè)試廣義相對(duì)論的兩個(gè)未經(jīng)驗(yàn)證的預(yù)測(cè)：大地測(cè)量效應(yīng)和參考系拖動(dòng)。通過(guò)準(zhǔn)確地測(cè)量4個(gè)陀螺儀旋轉(zhuǎn)方向的微小變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這顆衛(wèi)星在高度650公里軌道運(yùn)行，直接穿過(guò)兩極。

　　衛(wèi)星上攜帶了4個(gè)在液氦中旋轉(zhuǎn)的4厘米拋光石英球陀螺儀，圖中就是為重力探測(cè)器B制造的熔融石英陀螺儀，這是人類有史以來(lái)制造的“最”圓球體。至今仍然有2個(gè)陀螺儀仍然保持著這一記錄，但第3位已被阿伏加德羅項(xiàng)目制造的硅球占據(jù)。陀螺儀與球體的厚度相差不超過(guò)40個(gè)原子。

　　造這個(gè)衛(wèi)星時(shí)費(fèi)了老鼻子勁了，雖然有很圓的球體，但僅憑這一點(diǎn)并不能為該實(shí)驗(yàn)提供必要的性能。設(shè)計(jì)師得解決3個(gè)設(shè)計(jì)難題1：如何將這些轉(zhuǎn)子懸掛在其空腔中而不干擾其旋轉(zhuǎn)。2：如何使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)并保持旋轉(zhuǎn)。3：如何讀出未標(biāo)記的球體的旋轉(zhuǎn)方向。

　　他們通過(guò)用三對(duì)碟形電極懸浮轉(zhuǎn)子解決了問(wèn)題1，電場(chǎng)使轉(zhuǎn)子居中至百萬(wàn)分之幾厘米，并沒(méi)有用電力驅(qū)動(dòng)，而是用氦氣流以接近1馬赫的速度射向轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子大約需要半個(gè)小時(shí)才能達(dá)到全速，而在腔體的超線年以后它的速度損失不到該速度的1%。

　　但問(wèn)題3非常有挑戰(zhàn)性，設(shè)計(jì)人員使用超導(dǎo)性作為基于超導(dǎo)量子干涉裝置的無(wú)干擾指針讀數(shù)的基礎(chǔ)，如下圖。當(dāng)超導(dǎo)體旋轉(zhuǎn)時(shí)，它會(huì)因倫敦矩（以預(yù)測(cè)它的物理學(xué)家弗里茨·倫敦命名）而產(chǎn)生磁場(chǎng)。為了讀取轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向，設(shè)計(jì)人員在轉(zhuǎn)子上涂上了一層超薄的鈮層，由于晶格中電子運(yùn)動(dòng)的差異，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生微小的電場(chǎng)，這種效應(yīng)即倫敦矩與自轉(zhuǎn)軸竟然一致。

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　　重力探測(cè)器B的關(guān)鍵就是這4個(gè)陀螺儀，由封裝在石英外殼內(nèi)的固體熔融石英旋轉(zhuǎn)球體組成。4個(gè)乒乓球大小的轉(zhuǎn)子需要嚴(yán)格的均勻性標(biāo)準(zhǔn)（具有微小密度變化的固有均勻性）以及機(jī)械和電氣球形度。從機(jī)械角度來(lái)看，鈮涂層轉(zhuǎn)子位于球體的40個(gè)原子層內(nèi)。這些要求需要新的制造和測(cè)量技術(shù)。在軌道上，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)是通過(guò)在復(fù)雜加工的通道中以接近音速的速度泵送氦氣流過(guò)轉(zhuǎn)子來(lái)實(shí)現(xiàn)的。旋轉(zhuǎn)后，氣體被從外殼中抽出形成真空，壓力低于軌道航天器周圍的空間。球漂浮在航天器質(zhì)心的真空腔中，驗(yàn)證質(zhì)量的作用是遵循理想的引力軌道。感測(cè)其在空腔中的位置并根據(jù)位置變化對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)整，消除大地測(cè)量效應(yīng)。

　　重力探測(cè)器B實(shí)驗(yàn)包括4個(gè)力矩陀螺儀和一個(gè)瞄準(zhǔn)飛馬座的雙星的參考望遠(yuǎn)鏡。在極地軌道上，陀螺儀旋轉(zhuǎn)方向也指向飛馬座的雙星，參考系拖曳和大地測(cè)量效應(yīng)以直角出現(xiàn)，每個(gè)陀螺儀都測(cè)量這兩者。陀螺儀安裝在超流氦杜瓦瓶中，溫度保持在-271 °C，需要接近絕對(duì)零的溫度來(lái)減少分子干擾，并使陀螺儀機(jī)構(gòu)的鉛和鈮部件變得超導(dǎo)。

　　為了測(cè)試愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論，重力探測(cè)器B要使用漂浮在太空中的旋轉(zhuǎn)陀螺儀測(cè)量2個(gè)微小的角度。雖然這個(gè)概念相對(duì)簡(jiǎn)單，但進(jìn)行實(shí)驗(yàn)需要一些很準(zhǔn)確且復(fù)雜的技術(shù)。來(lái)自斯坦福大學(xué)、洛克希德·馬丁公司和 NASA 的科學(xué)家和工程師為此發(fā)明了10幾種全新技術(shù)。

　　為了測(cè)量愛(ài)因斯坦理論預(yù)測(cè)的微小角度，團(tuán)隊(duì)建造的4個(gè)陀螺儀，其旋轉(zhuǎn)軸每小時(shí)偏離起點(diǎn)的角度不會(huì)超過(guò)千億分之一度。相比之下戰(zhàn)機(jī)與核潛艇中先進(jìn)的地基陀螺儀的自轉(zhuǎn)軸漂移比這個(gè)衛(wèi)星的陀螺儀大七個(gè)數(shù)量級(jí)，超過(guò)一千萬(wàn)倍。因?yàn)橹亓μ綔y(cè)器的陀螺儀轉(zhuǎn)子內(nèi)部非常平衡和均勻，沒(méi)有任何軸承或支撐，在只有幾個(gè)分子的真空中運(yùn)行。在這個(gè)均質(zhì)的3.81厘米純?nèi)廴谑⑶蝮w，拋光至幾個(gè)原子層以內(nèi)直到完全光滑。已被吉尼斯世界紀(jì)錄數(shù)據(jù)庫(kù)列為有史以來(lái)制造的“最”圓物體，其球形度僅次于中子星。

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