Космические лучи помогли отследить и визуализировать тропические циклоны

Впервые высокоэнергетические мюоны, рождающиеся в атмосфере, позволили исследователям изучить структуру штормов способом, недоступным для традиционных методов визуализации, таких как спутниковые снимки. Детализация, предлагаемая этой новой методикой, может помочь учёным в моделировании штормов и связанных с ними погодных явлений, а также привести к созданию более точных систем раннего предупреждения.

Команда исследователей под руководством профессора Хироюки Танаки из Muographix Токийского университета предложила метеорологии новый способ обнаружения и изучения тропических циклонов. Он основан на использовании частиц, возникающих в атмосфере под воздействием космических лучей. Техника, называемая мюографией, работает подобно рентгеновскому сканированию, но для визуализации внутренней структуры огромных объектов, таких как вулканы или погодные системы.

Специальные сенсоры — сцинтилляторы — объединены в сетку. Они регистрируют не свет, а частицы мюоны, которые образуются при столкновении космических лучей с атомами в атмосфере. Мюоны слабо рассеиваются, проходя через вещество, и малые отклонения в их траектории, вызванные газом, жидкостью или твёрдым телом, позволяют восстановить детали их пути. В данном случае — изменения плотности внутри циклона.

«Нам удалось получить вертикальный профиль циклона, что выявило вариации плотности, ключевые для понимания его механизмов. На изображениях поперечного сечения циклона, прошедшего через префектуру Кагосима, чётко видно низкоплотное тёплое ядро, резко контрастирующее с холодной высокоплотной внешней частью. Получить такие данные традиционными датчиками давления или фотографией абсолютно невозможно», — пояснил профессор Танака.

Детектор имеет угол обзора 90°, но учёные планируют создавать станции с полусферическим обзором для размещения вдоль побережий. Они смогут «видеть» циклоны на расстоянии до 300 км. Хотя спутники уже отслеживают штормы, дополнительная детализация от мюографии может улучшить прогнозы. Следующим шагом станет адаптация техники для обнаружения и визуализации погодных явлений разных масштабов — от крупных циклонов до локальных погодных условий.

Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports.