從比薩斜塔上拋下兩個不同大小的鐵球，它們以相同的速度同時落地——400多年前，意大利科學(xué)家伽利略完成這個著名的自由落體實(shí)驗(yàn)后的感受，今天的中國計(jì)量科學(xué)研究院重力儀研究團(tuán)隊(duì)也能體會到。不過，與伽利略不同，他們觀察的落體不是鐵球，而是原子團(tuán)。

重力儀研究團(tuán)隊(duì)是中國計(jì)量院九個計(jì)量基礎(chǔ)前沿研究團(tuán)隊(duì)之一，團(tuán)隊(duì)的工作是精準(zhǔn)地測量重力加速度，建立國家重力加速度計(jì)量基標(biāo)準(zhǔn)體系，并為此研制自主可控的精密測量儀器——絕對重力儀。

重力加速度的測量分為絕對重力測量和相對重力測量。中國計(jì)量院對絕對重力儀的研究已有半個多世紀(jì)。2013年以來，他們開展了新一代激光干涉型絕對重力儀和第一代原子干涉型絕對重力儀的集中攻關(guān)，突破十余項(xiàng)“卡脖子”技術(shù)，大幅提升了重力加速度的測量水平。這兩種絕對重力儀測量結(jié)果的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度，分別達(dá)到3.0和4.6微伽。

中國計(jì)量科學(xué)研究院自主研制的光學(xué)干涉絕對重力儀參加國際比對。 資料圖

伽，即重力加速度的單位，其命名正是為了紀(jì)念伽利略。與伽利略那時候相比，3.0和4.6微伽的測量不確定度，相當(dāng)于將重力加速度的測量精度提高了將近7個數(shù)量級，也就是10的7次方、上千萬倍。

這是時代的發(fā)展，是科技的進(jìn)步。伽利略可能不會想到，幾百年后的人們可以通過原子干涉絕對重力儀，將自由下落物體從宏觀物體換成微觀原子團(tuán)，在超高真空環(huán)境下采用激光冷卻和操控技術(shù)來測量重力加速度。

不止于此。中國計(jì)量院還利用自主研制的激光干涉型和原子干涉型絕對重力儀，通過主辦國際比對和超導(dǎo)重力觀測技術(shù)，建立了不同技術(shù)體制相互旁證的國家重力加速度計(jì)量基準(zhǔn)，其測量不確定度優(yōu)于1微伽。

2017年，14個國家的32臺重力測量儀器齊聚中國計(jì)量院開展“大比武”——計(jì)量比對。中國計(jì)量院的絕對重力儀表現(xiàn)優(yōu)異，使得全球重力計(jì)量基準(zhǔn)原點(diǎn)落戶中國。所謂原點(diǎn)，即全球重力加速度測量精度最高的點(diǎn)位，也是全球重力加速度量值的源頭。此前，全球重力計(jì)量基準(zhǔn)原點(diǎn)一直在歐洲。

“這意味著中國成為全球重力加速度量值溯源地，為全世界開展重力加速度的量值溯源和傳遞，彰顯了我國科技實(shí)力和在全球計(jì)量界的國際影響力?！敝袊?jì)量院時間頻率所副所長、重力儀研究團(tuán)隊(duì)帶頭人吳書清很自豪。

科研人員總是追求極致，對更高精度的追求既是一種自我突破，也是一種現(xiàn)實(shí)需要。如此高精度的重力儀，在現(xiàn)實(shí)生活中大也有用處。

受地球引力影響，物體下落時具有近乎相同的重力加速度，但在不同緯度、地層中礦藏變化等因素的影響下，重力加速度會有細(xì)微變化。這種變化是進(jìn)行輔助導(dǎo)航、資源勘探、地震預(yù)報(bào)、海洋監(jiān)測等的重要依據(jù)。

比如，利用不同位置的重力信號與標(biāo)準(zhǔn)重力地圖匹配，可以獲取定位和導(dǎo)航手段。根據(jù)重力場的異?；蛲蛔?，可以勘探資源并確定是何種資源?？蒲腥藛T曾通過重力測量，探明北京明十三陵地下陵墓的形狀、位置和埋深。我們生活中用的電子秤，其準(zhǔn)確性也建立在精準(zhǔn)的重力測量基礎(chǔ)上……

作為國家的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、戰(zhàn)略數(shù)據(jù)，重力加速度的精準(zhǔn)測量從未停止。近年來，在“中國大陸科學(xué)鉆探工程”“中國大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)”“極地科學(xué)研究”“精密重力測量國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”等國家重大工程項(xiàng)目中，都可以看到絕對重力儀的身影。“它們正在給地球更加精準(zhǔn)地‘做CT’，讓我們愈發(fā)了解人類的家園?！敝袊?jì)量院重力儀研究團(tuán)隊(duì)如此形容。

（作者：陳海波）