Os múons cósmicos têm sido usados para criar imagens de estruturas nas profundezas das tempestades tropicais, de acordo com uma equipe internacional de pesquisadores. Liderado por Hiroyuki tanaka na Universidade de Tóquio, a equipe usou uma rede de detectores de múons para identificar diferenças na densidade do ar dentro de vários tufões. Através de melhorias adicionais, a sua abordagem poderá fornecer informações importantes para sistemas de alerta precoce para tempestades severas.
Os ciclones tropicais, como os tufões e os furacões, causam muitos danos – e por vezes perda de vidas – numa vasta faixa das latitudes mais baixas da Terra. Como resultado, as pessoas dependem de sistemas de alerta que podem prever a força e as trajetórias das tempestades com a maior precisão possível. Hoje, as previsões dependem fortemente de imagens de satélite. Eles podem fornecer vistas aéreas detalhadas da evolução dos padrões de ar, mas oferecem muito menos informações sobre as estruturas 3D de pressão e densidade do ar contidas nos ciclones. Estas características são muitas vezes cruciais para prever como uma tempestade se desenvolverá no futuro.
A equipe de Tanaka mostrou que a técnica de muografia em rápido desenvolvimento pode ser usada para estudar tempestades em 3D. A sua abordagem utiliza a multiplicidade de múons produzidos quando os raios cósmicos colidem com átomos na alta atmosfera. A maioria desses múons viajará então para a superfície da Terra, onde poderão ser detectados.
Medindo atenuação
A muografia aproveita o fato de que alguns múons são absorvidos à medida que viajam para detectores na Terra – pela atmosfera, pelo mar e até por estruturas sólidas, como edifícios. Os físicos podem calcular a taxa à qual os múons cósmicos são produzidos, para saberem quantos esperar no solo – permitindo então determinar quanta atenuação ocorre ao longo do caminho.
A muografia mede essa atenuação e usa essa informação para criar uma imagem da estrutura interveniente. Até agora, a técnica tem sido usada para imagine o interior de uma pirâmide egípcia e monitorar a profundidade da água na Baía de Tóquio.
Agora, Tanaka e colegas usaram a muografia para estudar oito tufões que atingiram a cidade japonesa de Kagoshima em 2016–2021. Eles se concentraram na densidade do ar dentro dos ciclones – com o ar mais denso absorvendo mais múons.
Perfis verticais
Usando uma rede de detectores cintiladores no solo, os pesquisadores construíram perfis verticais da densidade do ar dentro das tempestades, enquanto capturavam a evolução temporal da densidade. Os detectores mostraram claramente como os núcleos quentes e de baixa pressão dos tufões eram cercados por exteriores frios e de alta pressão. Estas estruturas não podem ser detectadas apenas em imagens de satélite.
Detector de protótipo usa múons cósmicos para escanear contêineres
A equipe está fazendo mais melhorias em sua rede de detectores, o que permitirá a detecção de múons atmosféricos em múltiplas direções. Com esta atualização, Tanaka e colegas esperam que a muografia possa ser usada para detectar tempestades a até 300 km de distância e prever o seu desenvolvimento futuro em tempo real. Se combinado com imagens de satélite e dados barométricos, isto poderá levar a sistemas de alerta precoce muito mais precisos para ciclones tropicais – proporcionando às comunidades um tempo vital para se prepararem para desastres naturais iminentes.
A pesquisa é descrita em Relatórios Científicos.
