國際太空站 OSCAR-QUBE 量子裝置用鑽石測地球磁場

一群研究人員利用鑽石晶格上的微小缺陷，成功測量地球磁場。這款名為 OSCAR-QUBE 的量子裝置，每邊僅有 10 厘米（3.9 英寸）。其核心是一顆扁豆大小的鑽石，透過其缺陷偵測磁場變化。OSCAR-QUBE 在 2021 年及 2022 年於國際太空站（ISS）上可靠運作 10 個月。它展示了量子磁力計的潛力，這些裝置未來可搭載小型衛星環繞地球運行。

從太空測量地球磁場

傳統太空磁場測量通常依賴大型衛星，將其送入地球軌道成本極高。研究人員日益關注量子感測器，因為它們可實現更小尺寸，同時提供更高靈敏度及更好運作穩定性。OSCAR-QUBE 的核心是一顆含有氮空位（NV）中心的微小鑽石。這些晶格缺陷是由碳原子缺失，且鄰近原子被氮取代所形成。它們本質上像小型量子系統或量子粒子，其能量級會因磁場而移位。 根據實驗團隊，2021-2022 年 OSCAR-QUBE 的讀數與先前地球磁場估計相符。

他們透過雷射光及微波照射鑽石，偵測發射光變化，對應地球磁場強度的變化。利用此方法，他們從軌道上繪製地球磁場的空間差異。 科學家尚未完全理解地球磁場。雖然知曉其受行星熔融外核對流運動影響，但無法完全解釋其快速不可預測變化，或為何約 200 年來逐漸減弱。精準繪製磁場可解答這些未知問題，並改善 GPS 拒止環境下的導航，以及揭示地球物理過程。「測量地球磁場其實非常有趣，因為它包含大量資訊，」比利時 Hasselt University 研究領袖 Jaroslav Hruby 在 Science Ne

ws 報導中解釋。 科學家指出，OSCAR-QUBE 實驗表現未超越最先進傳統磁力計，但關鍵在於驗證了該技術在真實太空環境中的可行性。後續實驗將收集更多數據並提升性能。雖然團隊獲取寶貴數據，但指出測量在 ISS 內部進行，受設備磁場干擾。下個任務將使用改良量子硬體置於站外，獲取更乾淨數據。隨著硬體進步，量子磁力計可成為未來衛星星座標準組件，以緊湊酬載提供高解析磁場數據，且發射成本遠低。

研究刊登於 Physical Review Applied 期刊。