Theo một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế, các hạt muon vũ trụ đã được sử dụng để hình ảnh các cấu trúc nằm sâu trong các cơn bão nhiệt đới. Do Hiroyuki Tanaka tại Đại học Tokyo, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một mạng lưới các thiết bị phát hiện muon để xác định sự khác biệt về mật độ không khí trong một số cơn bão. Thông qua những cải tiến hơn nữa, cách tiếp cận của họ có thể cung cấp thông tin quan trọng cho các hệ thống cảnh báo sớm đối với các cơn bão nghiêm trọng.
Các xoáy thuận nhiệt đới như bão và cuồng phong gây ra rất nhiều thiệt hại - và đôi khi là thiệt hại về nhân mạng - trên phạm vi rộng ở các vĩ độ thấp hơn của Trái đất. Do đó, con người dựa vào hệ thống cảnh báo có thể dự đoán cường độ và quỹ đạo của bão một cách chính xác nhất có thể. Ngày nay, các dự báo chủ yếu dựa vào ảnh vệ tinh. Chúng có thể cung cấp hình ảnh chi tiết từ trên không về các kiểu không khí đang phát triển nhưng cung cấp ít thông tin hơn về cấu trúc 3D của áp suất không khí và mật độ chứa bên trong lốc xoáy. Những đặc điểm này thường rất quan trọng để dự đoán một cơn bão sẽ phát triển như thế nào trong tương lai.
Nhóm của Tanaka đã chỉ ra rằng kỹ thuật vẽ tranh đang phát triển nhanh chóng có thể được sử dụng để nghiên cứu các cơn bão trong không gian 3D. Cách tiếp cận của họ sử dụng vô số các hạt muon được tạo ra khi các tia vũ trụ va chạm với các nguyên tử trong tầng khí quyển. Hầu hết các muon này sau đó sẽ di chuyển đến bề mặt Trái đất, nơi chúng có thể được phát hiện.
Đo độ suy giảm
Muography tận dụng lợi thế của thực tế là một số muon bị hấp thụ khi chúng di chuyển đến các thiết bị dò tìm trên Trái đất - bởi bầu khí quyển, biển và thậm chí bởi các cấu trúc vững chắc như các tòa nhà. Các nhà vật lý học có thể tính toán tốc độ tạo ra các hạt muon vũ trụ, vì vậy họ biết có bao nhiêu hạt muon xuất hiện trên mặt đất - cho phép xác định mức độ suy giảm xảy ra trên đường đi.
Muography đo lường sự suy giảm này và sử dụng thông tin đó để tạo ra hình ảnh của cấu trúc can thiệp. Cho đến nay, kỹ thuật này đã được sử dụng để hình ảnh nội thất của một kim tự tháp Ai Cập và theo dõi độ sâu của nước ở Vịnh Tokyo.
Hiện nay, Tanaka và các đồng nghiệp đã sử dụng kỹ thuật chụp ảnh để nghiên cứu tám cơn bão đã tấn công thành phố Kagoshima của Nhật Bản trong năm 2016–2021. Họ tập trung vào mật độ của không khí trong các xoáy thuận - với không khí dày đặc hơn sẽ hấp thụ nhiều muon hơn.
Cấu hình dọc
Bằng cách sử dụng một mạng lưới các máy dò quét trên mặt đất, các nhà nghiên cứu đã xây dựng các đường thẳng đứng của mật độ không khí trong các cơn bão, đồng thời nắm bắt sự phát triển theo thời gian của mật độ. Các máy dò cho thấy rõ ràng cách các lõi áp suất thấp, ấm áp trong các cơn bão được bao bọc bởi bên ngoài áp suất cao, lạnh giá. Những cấu trúc này không thể được phát hiện chỉ trong ảnh vệ tinh.
Máy dò nguyên mẫu sử dụng muon vũ trụ để quét các container vận chuyển
Nhóm đang cải tiến thêm mạng lưới máy dò của mình, cho phép phát hiện các hạt muon trong khí quyển từ nhiều hướng. Với nâng cấp này, Tanaka và các đồng nghiệp hy vọng rằng tính năng chụp ảnh có thể được sử dụng để phát hiện các cơn bão từ khoảng cách xa tới 300 km và dự báo sự phát triển trong tương lai của chúng trong thời gian thực. Nếu được kết hợp với hình ảnh vệ tinh và dữ liệu khí áp, điều này cuối cùng có thể dẫn đến các hệ thống cảnh báo sớm chính xác hơn nhiều đối với các xoáy thuận nhiệt đới - cung cấp cho cộng đồng thời gian quan trọng để chuẩn bị cho các thảm họa thiên nhiên sắp xảy ra.
Nghiên cứu được mô tả trong Báo cáo khoa học.
