Kosmiske myoner er blevet brugt til at afbilde strukturer dybt inde i tropiske storme, ifølge et internationalt hold af forskere. Ledet af Hiroyuki Tanaka ved University of Tokyo brugte holdet et netværk af myon-detektorer til at identificere forskelle i lufttæthed inden for flere tyfoner. Gennem yderligere forbedringer kunne deres tilgang give vigtige oplysninger til tidlige varslingssystemer for alvorlige storme.
Tropiske cykloner som tyfoner og orkaner forårsager stor skade – og nogle gange tab af menneskeliv – på tværs af et bredt stykke af jordens lavere breddegrader. Som et resultat er folk afhængige af advarselssystemer, der kan forudsige stormstyrker og baner så nøjagtigt som muligt. I dag er prognoser stærkt afhængige af satellitbilleder. Disse kan give detaljerede luftbilleder af udviklende luftmønstre, men tilbyder langt mindre information om 3D-strukturerne af lufttryk og tæthed indeholdt i cykloner. Disse funktioner er ofte afgørende for at forudsige, hvordan en storm vil udvikle sig i fremtiden.
Tanakas hold har vist, at den hurtigt udviklende teknik for muografi kan bruges til at studere storme i 3D. Deres tilgang bruger de mange myoner, der produceres, når kosmiske stråler kolliderer med atomer i den øvre atmosfære. De fleste af disse myoner vil derefter rejse til jordens overflade, hvor de kan detekteres.
Måling af dæmpning
Muografi udnytter det faktum, at nogle myoner absorberes, når de rejser til detektorer på Jorden – af atmosfæren, havet og endda af solide strukturer som bygninger. Fysikere kan beregne den hastighed, hvormed kosmiske myoner produceres, så de ved, hvor mange de kan forvente på jorden - så de kan bestemme, hvor meget dæmpning der sker undervejs.
Muografi måler denne dæmpning og bruger denne information til at skabe et billede af den mellemliggende struktur. Indtil videre har teknikken været brugt til billede af interiøret af en egyptisk pyramide og overvåge vanddybden i Tokyo-bugten.
Nu har Tanaka og kolleger brugt muografi til at studere otte tyfoner, der ramte den japanske by Kagoshima i 2016-2021. De fokuserede på tætheden af luften i cyklonerne - med tættere luft, der absorberer flere myoner.
Lodrette profiler
Ved hjælp af et netværk af scintillatordetektorer på jorden opbyggede forskerne lodrette profiler af lufttætheden i stormene, mens de fangede tidsudviklingen af tætheden. Detektorerne viste tydeligt, hvordan varme lavtrykskerner i tyfonerne var omkranset af kolde ydre med højt tryk. Disse strukturer kan ikke detekteres i satellitbilleder alene.
Prototypedetektor bruger kosmiske myoner til at scanne forsendelsescontainere
Holdet foretager yderligere forbedringer af deres detektornetværk, som vil tillade detektering af atmosfæriske muoner fra flere retninger. Med denne opgradering håber Tanaka og kolleger, at muografi kan bruges til at spotte storme fra så langt væk som 300 km og forudsige deres fremtidige udvikling i realtid. Hvis det kombineres med satellitbilleder og barometriske data, kan dette i sidste ende føre til langt mere præcise tidlige varslingssystemer for tropiske cykloner - hvilket giver samfund vital tid til at forberede sig på forestående naturkatastrofer.
Forskningen er beskrevet i Videnskabelige rapporter.
