Selon une équipe internationale de chercheurs, les muons cosmiques ont été utilisés pour imager des structures au plus profond des tempêtes tropicales. Dirigé par Hiroyuki tanaka à l'Université de Tokyo, l'équipe a utilisé un réseau de détecteurs de muons pour identifier les différences de densité de l'air au sein de plusieurs typhons. Grâce à de nouvelles améliorations, leur approche pourrait fournir des informations importantes pour les systèmes d'alerte précoce en cas de violentes tempêtes.
Les cyclones tropicaux tels que les typhons et les ouragans causent de nombreux dégâts – et parfois des pertes de vie – sur une large bande de latitudes inférieures de la Terre. En conséquence, les gens comptent sur des systèmes d'alerte qui peuvent prédire la force et les trajectoires des tempêtes aussi précisément que possible. Aujourd'hui, les prévisions s'appuient fortement sur les images satellites. Ceux-ci peuvent fournir des vues aériennes détaillées des modèles d'air en évolution, mais offrent beaucoup moins d'informations sur les structures 3D de la pression et de la densité de l'air contenues dans les cyclones. Ces caractéristiques sont souvent cruciales pour prédire comment une tempête se développera à l'avenir.
L'équipe de Tanaka a montré que la technique en développement rapide de la muographie peut être utilisée pour étudier les tempêtes en 3D. Leur approche utilise la multitude de muons produits lorsque les rayons cosmiques entrent en collision avec des atomes dans la haute atmosphère. La plupart de ces muons se rendront ensuite à la surface de la Terre, où ils pourront être détectés.
Mesure de l'atténuation
La muographie tire parti du fait que certains muons sont absorbés lorsqu'ils se déplacent vers des détecteurs sur Terre - par l'atmosphère, la mer et même par des structures solides telles que des bâtiments. Les physiciens peuvent calculer la vitesse à laquelle les muons cosmiques sont produits, de sorte qu'ils savent à combien s'attendre au sol, ce qui leur permet de déterminer l'atténuation qui se produit en cours de route.
La muographie mesure cette atténuation et utilise cette information pour créer une image de la structure intermédiaire. Jusqu'à présent, la technique a été utilisée pour image l'intérieur d'une pyramide égyptienne et surveiller la profondeur de l'eau dans la baie de Tokyo.
Maintenant, Tanaka et ses collègues ont utilisé la muographie pour étudier huit typhons qui ont frappé la ville japonaise de Kagoshima en 2016-2021. Ils se sont concentrés sur la densité de l'air à l'intérieur des cyclones, l'air plus dense absorbant plus de muons.
Profils verticaux
À l'aide d'un réseau de détecteurs à scintillateurs au sol, les chercheurs ont construit des profils verticaux de la densité de l'air dans les tempêtes, tout en capturant l'évolution temporelle de la densité. Les détecteurs ont clairement montré comment les noyaux chauds et à basse pression des typhons étaient encerclés par des extérieurs froids et à haute pression. Ces structures ne peuvent pas être détectées uniquement sur les images satellites.
Un détecteur prototype utilise des muons cosmiques pour scanner les conteneurs d'expédition
L'équipe apporte de nouvelles améliorations à son réseau de détecteurs, ce qui permettra la détection de muons atmosphériques dans plusieurs directions. Avec cette mise à niveau, Tanaka et ses collègues espèrent que la muographie pourra être utilisée pour repérer les tempêtes à une distance pouvant atteindre 300 km et prévoir leur développement futur en temps réel. Combiné avec des images satellites et des données barométriques, cela pourrait finalement conduire à des systèmes d'alerte précoce beaucoup plus précis pour les cyclones tropicaux - offrant aux communautés un temps vital pour se préparer à des catastrophes naturelles imminentes.
La recherche est décrite dans Rapports scientifiques.
