Secondo un team internazionale di ricercatori, i muoni cosmici sono stati utilizzati per ottenere immagini di strutture nelle profondità delle tempeste tropicali. Guidato da Hiroyuki tanaka Presso l’Università di Tokyo, il team ha utilizzato una rete di rilevatori di muoni per identificare le differenze nella densità dell’aria all’interno di diversi tifoni. Attraverso ulteriori miglioramenti, il loro approccio potrebbe fornire informazioni importanti per i sistemi di allerta precoce in caso di forti tempeste.
I cicloni tropicali come i tifoni e gli uragani causano ingenti danni – e talvolta perdite di vite umane – in un’ampia fascia delle latitudini inferiori della Terra. Di conseguenza, le persone fanno affidamento su sistemi di allarme in grado di prevedere la forza e le traiettorie delle tempeste nel modo più accurato possibile. Oggi le previsioni si basano fortemente sulle immagini satellitari. Questi possono fornire viste aeree dettagliate dell’evoluzione dei modelli dell’aria, ma offrono molte meno informazioni sulle strutture 3D della pressione e della densità dell’aria contenute nei cicloni. Queste caratteristiche sono spesso cruciali per prevedere come si svilupperà una tempesta in futuro.
Il team di Tanaka ha dimostrato che la tecnica della muografia, in rapido sviluppo, può essere utilizzata per studiare le tempeste in 3D. Il loro approccio utilizza la moltitudine di muoni prodotti quando i raggi cosmici collidono con gli atomi nell’alta atmosfera. La maggior parte di questi muoni viaggerà poi sulla superficie della Terra, dove potranno essere rilevati.
Misurare l'attenuazione
La muografia sfrutta il fatto che alcuni muoni vengono assorbiti mentre viaggiano verso i rilevatori sulla Terra – dall’atmosfera, dal mare e persino da strutture solide come gli edifici. I fisici possono calcolare la velocità con cui vengono prodotti i muoni cosmici, in modo da sapere quanti aspettarsene sulla terra, consentendo quindi di determinare quanta attenuazione si verifica lungo il percorso.
La muografia misura questa attenuazione e utilizza tali informazioni per creare un'immagine della struttura intermedia. Finora la tecnica è stata utilizzata immagine l'interno di una piramide egizia e monitorare la profondità dell'acqua nella baia di Tokio.
Ora, Tanaka e colleghi hanno utilizzato la muografia per studiare otto tifoni che hanno colpito la città giapponese di Kagoshima nel 2016-2021. Si sono concentrati sulla densità dell’aria all’interno dei cicloni, dove l’aria più densa assorbe più muoni.
Profili verticali
Utilizzando una rete di rilevatori scintillatori a terra, i ricercatori hanno costruito profili verticali della densità dell'aria all'interno delle tempeste, catturando al contempo l'evoluzione temporale della densità. I rilevatori hanno mostrato chiaramente come i nuclei caldi e a bassa pressione dei tifoni fossero circondati da esterni freddi e ad alta pressione. Queste strutture non possono essere rilevate solo nelle immagini satellitari.
Il prototipo del rilevatore utilizza muoni cosmici per scansionare i container
Il team sta apportando ulteriori miglioramenti alla propria rete di rilevatori, che consentiranno il rilevamento di muoni atmosferici da più direzioni. Con questo aggiornamento, Tanaka e colleghi sperano che la muografia possa essere utilizzata per individuare tempeste fino a 300 km di distanza e prevederne lo sviluppo futuro in tempo reale. Se combinato con le immagini satellitari e i dati barometrici, questo potrebbe alla fine portare a sistemi di allerta precoce molto più accurati per i cicloni tropicali, fornendo alle comunità tempo vitale per prepararsi a disastri naturali imminenti.
La ricerca è descritta in Rapporti scientifici.
