Kosmiske myoner har blitt brukt til å avbilde strukturer dypt inne i tropiske stormer, ifølge et internasjonalt team av forskere. Ledet av Hiroyuki Tanaka ved University of Tokyo brukte teamet et nettverk av myondetektorer for å identifisere forskjeller i lufttetthet innen flere tyfoner. Gjennom ytterligere forbedringer kan deres tilnærming gi viktig informasjon for tidlig varslingssystemer for kraftige stormer.
Tropiske sykloner som tyfoner og orkaner forårsaker mye skade – og noen ganger tap av liv – over et bredt stykke av jordens lavere breddegrader. Som et resultat er folk avhengige av varslingssystemer som kan forutsi stormstyrker og baner så nøyaktig som mulig. I dag er prognosene i stor grad avhengig av satellittbilder. Disse kan gi detaljerte luftbilder av utviklende luftmønstre, men gir langt mindre informasjon om 3D-strukturene for lufttrykk og tetthet inneholdt i sykloner. Disse funksjonene er ofte avgjørende for å forutsi hvordan en storm vil utvikle seg i fremtiden.
Tanakas team har vist at den raskt utviklende teknikken for muografi kan brukes til å studere stormer i 3D. Tilnærmingen deres bruker mengden av myoner som produseres når kosmiske stråler kolliderer med atomer i den øvre atmosfæren. De fleste av disse myonene vil da reise til jordens overflate, hvor de kan oppdages.
Måling av demping
Muografi utnytter det faktum at noen myoner absorberes når de reiser til detektorer på jorden – av atmosfæren, havet og til og med av solide strukturer som bygninger. Fysikere kan beregne hastigheten som kosmiske myoner produseres med, slik at de vet hvor mange de kan forvente på bakken - slik at de kan bestemme hvor mye dempning som skjer underveis.
Muografi måler denne dempningen og bruker denne informasjonen til å lage et bilde av den mellomliggende strukturen. Så langt har teknikken vært brukt til bilde interiøret av en egyptisk pyramide og overvåke vanndybden i Tokyo Bay.
Nå har Tanaka og kolleger brukt muografi for å studere åtte tyfoner som rammet den japanske byen Kagoshima i 2016–2021. De fokuserte på tettheten til luften i syklonene - med tettere luft som absorberte flere myoner.
Vertikale profiler
Ved å bruke et nettverk av scintillatordetektorer på bakken bygde forskerne opp vertikale profiler av lufttettheten i stormene, mens de fanget opp tidsutviklingen av tettheten. Detektorene viste tydelig hvordan varme lavtrykkskjerner i tyfonene var omkranset av kalde ytre med høyt trykk. Disse strukturene kan ikke oppdages i satellittbilder alene.
Prototypedetektor bruker kosmiske myoner for å skanne fraktcontainere
Teamet gjør ytterligere forbedringer av detektornettverket sitt, som vil tillate deteksjon av atmosfæriske myoner fra flere retninger. Med denne oppgraderingen håper Tanaka og kollegene at muografi kan brukes til å oppdage stormer fra så langt unna som 300 km, og forutsi deres fremtidige utvikling i sanntid. Hvis det kombineres med satellittbilder og barometriske data, kan dette til slutt føre til langt mer nøyaktige systemer for tidlig varsling for tropiske sykloner – noe som gir lokalsamfunn viktig tid til å forberede seg på forestående naturkatastrofer.
Forskningen er beskrevet i Vitenskapelige rapporter.
