Τα κοσμικά μιόνια έχουν χρησιμοποιηθεί για την απεικόνιση δομών βαθιά μέσα σε τροπικές καταιγίδες, σύμφωνα με μια διεθνή ομάδα ερευνητών. Με επικεφαλής τον Hiroyuki Tanaka στο Πανεπιστήμιο του Τόκιο, η ομάδα χρησιμοποίησε ένα δίκτυο ανιχνευτών μιονίων για να εντοπίσει διαφορές στην πυκνότητα του αέρα μέσα σε αρκετούς τυφώνες. Μέσω περαιτέρω βελτιώσεων, η προσέγγισή τους θα μπορούσε να παρέχει σημαντικές πληροφορίες για συστήματα έγκαιρης προειδοποίησης για σοβαρές καταιγίδες.
Τροπικοί κυκλώνες όπως οι τυφώνες και οι τυφώνες προκαλούν μεγάλη ζημιά –και μερικές φορές απώλειες ζωών– σε ένα ευρύ φάσμα των χαμηλότερων γεωγραφικών πλάτη της Γης. Ως αποτέλεσμα, οι άνθρωποι βασίζονται σε συστήματα προειδοποίησης που μπορούν να προβλέψουν τις δυνάμεις και τις τροχιές της καταιγίδας όσο το δυνατόν ακριβέστερα. Σήμερα, οι προβλέψεις βασίζονται σε μεγάλο βαθμό στις δορυφορικές εικόνες. Αυτά μπορούν να παρέχουν λεπτομερείς εναέριες όψεις των εξελισσόμενων μοτίβων αέρα, αλλά προσφέρουν πολύ λιγότερες πληροφορίες σχετικά με τις τρισδιάστατες δομές της πίεσης και της πυκνότητας του αέρα που περιέχονται στους κυκλώνες. Αυτά τα χαρακτηριστικά είναι συχνά κρίσιμα για την πρόβλεψη του πώς θα εξελιχθεί μια καταιγίδα στο μέλλον.
Η ομάδα του Tanaka έχει δείξει ότι η ταχέως αναπτυσσόμενη τεχνική της μουογραφίας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη των καταιγίδων σε 3D. Η προσέγγισή τους χρησιμοποιεί το πλήθος των μιονίων που παράγονται όταν οι κοσμικές ακτίνες συγκρούονται με άτομα στην ανώτερη ατμόσφαιρα. Τα περισσότερα από αυτά τα μιόνια θα ταξιδέψουν στη συνέχεια στην επιφάνεια της Γης, όπου μπορούν να ανιχνευθούν.
Μέτρηση εξασθένησης
Η μουογραφία εκμεταλλεύεται το γεγονός ότι ορισμένα μιόνια απορροφώνται καθώς ταξιδεύουν σε ανιχνευτές στη Γη – από την ατμόσφαιρα, τη θάλασσα και ακόμη και από στερεές δομές όπως τα κτίρια. Οι φυσικοί μπορούν να υπολογίσουν τον ρυθμό με τον οποίο παράγονται τα κοσμικά μιόνια, ώστε να γνωρίζουν πόσα να περιμένουν στο έδαφος – επιτρέποντας στη συνέχεια να καθορίσουν πόση εξασθένηση συμβαίνει στην πορεία.
Η μυογραφία μετρά αυτήν την εξασθένηση και χρησιμοποιεί αυτές τις πληροφορίες για να δημιουργήσει μια εικόνα της ενδιάμεσης δομής. Μέχρι στιγμής, η τεχνική έχει χρησιμοποιηθεί σε εικόνα του εσωτερικού μιας αιγυπτιακής πυραμίδας και παρακολουθεί το βάθος του νερού στον κόλπο του Τόκιο.
Τώρα, ο Tanaka και οι συνεργάτες του έχουν χρησιμοποιήσει τη μορφογραφία για να μελετήσουν οκτώ τυφώνες που έπληξαν την ιαπωνική πόλη Kagoshima το 2016-2021. Επικεντρώθηκαν στην πυκνότητα του αέρα εντός των κυκλώνων – με τον πυκνότερο αέρα να απορροφά περισσότερα μιόνια.
Κάθετα προφίλ
Χρησιμοποιώντας ένα δίκτυο ανιχνευτών σπινθηριστή στο έδαφος, οι ερευνητές δημιούργησαν κατακόρυφα προφίλ της πυκνότητας του αέρα μέσα στις καταιγίδες, ενώ απαθανάτισαν τη χρονική εξέλιξη της πυκνότητας. Οι ανιχνευτές έδειξαν ξεκάθαρα πόσο θερμοί, χαμηλής πίεσης πυρήνες στους τυφώνες ήταν περικυκλωμένοι από ψυχρούς εξωτερικούς χώρους υψηλής πίεσης. Αυτές οι δομές δεν μπορούν να ανιχνευθούν μόνο σε δορυφορικές εικόνες.
Ο πρωτοτυπικός ανιχνευτής χρησιμοποιεί κοσμικά μιόνια για να σαρώσει τα εμπορευματοκιβώτια αποστολής
Η ομάδα πραγματοποιεί περαιτέρω βελτιώσεις στο δίκτυο ανιχνευτών της, κάτι που θα επιτρέψει την ανίχνευση ατμοσφαιρικών μιονίων από πολλές κατευθύνσεις. Με αυτή την αναβάθμιση, ο Tanaka και οι συνάδελφοί του ελπίζουν ότι η μουογραφία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τον εντοπισμό καταιγίδων από απόσταση έως και 300 km και για την πρόβλεψη της μελλοντικής τους εξέλιξης σε πραγματικό χρόνο. Εάν συνδυαστεί με δορυφορικές εικόνες και βαρομετρικά δεδομένα, αυτό θα μπορούσε τελικά να οδηγήσει σε πολύ πιο ακριβή συστήματα έγκαιρης προειδοποίησης για τροπικούς κυκλώνες – παρέχοντας στις κοινότητες ζωτικό χρόνο για να προετοιμαστούν για επικείμενες φυσικές καταστροφές.
Η έρευνα περιγράφεται στο Επιστημονικές Εκθέσεις.
