宇宙微子可以3D掃描颶風(fēng)

利用被稱為“μ介子”的外來粒子，科學(xué)家們現(xiàn)在可以在3D中掃描颶風(fēng)的內(nèi)部深處，觀察用常規(guī)技術(shù)難以觀測到的風(fēng)暴區(qū)域。研究人員表示，這些發(fā)現(xiàn)表明，μ介子探測器可能有助于研究新的更好的颶風(fēng)預(yù)警系統(tǒng)。

μ介子與電子相似，只是它的重量是電子的200倍多 —— 這是關(guān)于成年人和小象之間的區(qū)別。當(dāng)被稱為宇宙射線的深空高能粒子撞擊地球大氣層時，它們可以產(chǎn)生μ介子。μ介子不斷地從各個角度向地球噴射，大約每分鐘一μ介子在海平面上撞擊地球的每平方厘米。

μ介子通常很容易穿過物質(zhì)，但密集的物體或巨大的物體可以以類似于X射線的方式吸收或散射它們。通過捕捉穿過物體的大量μ介子，研究人員可以重建其圖像，這是一種被稱為μ介子層析成像（muon tomography）的技術(shù)。

科學(xué)家們已經(jīng)使用全息照相術(shù)（muography）分析了福島熔煉的核芯，掃描了吉薩大金字塔，看到了火山深處、海嘯般的海浪和船運(yùn)集裝箱?，F(xiàn)在，一項(xiàng)新的研究首次探索了使用muography探測熱帶氣旋（也稱為颶風(fēng)或臺風(fēng)，取決于位置）。

盡管衛(wèi)星圖像和無人機(jī)任務(wù)可以觀測到颶風(fēng)，但它們面臨著收集熱帶氣旋內(nèi)部氣壓和密度三維性質(zhì)數(shù)據(jù)的挑戰(zhàn)。這些細(xì)節(jié)對于預(yù)測未來這些風(fēng)暴的發(fā)展情況通常至關(guān)重要。

科學(xué)家讓他們的μ介子探測器陣列分析了2016年、2019年和2021年接近日本西部鹿兒島的八個熱帶氣旋。他們發(fā)現(xiàn)可以看到這些風(fēng)暴中心的空氣密度和壓力變化。該研究的主要作者、東京大學(xué)的物理學(xué)家Hiroyuki Tanaka表示：“氣旋的暖核清晰可見?！?/p>

研究人員檢測到的垂直和水平壓力變化與風(fēng)力有關(guān)。Tanaka說：“暖心清晰可見的事實(shí)表明，可以計算出氣旋內(nèi)部的風(fēng)速分布?！彼f，計算熱帶氣旋內(nèi)部的風(fēng)速分布反過來可能有助于科學(xué)家估計其威力并預(yù)測其可能走向。

研究人員估計，μ介子探測器必須位于風(fēng)暴300公里范圍內(nèi)，以分析穿過它們的μ介子。Tanaka表示，目前存在陸基和基于飛機(jī)的多路成像設(shè)備。他補(bǔ)充道：“迄今為止還沒有基于船舶的，但它們顯然也是可能的?！?/p>

Tanaka說，通過將計算機(jī)模擬和圖像數(shù)據(jù)相結(jié)合，“我們可能能夠設(shè)計一種全新的氣旋預(yù)報系統(tǒng)。他補(bǔ)充說，未來的研究可能會分析不同尺度的風(fēng)暴，不僅可以分析熱帶氣旋，還可以分析更多當(dāng)?shù)氐奶鞖鉅顩r。

科學(xué)家們上個月在《科學(xué)報告》雜志上詳細(xì)介紹了他們的發(fā)現(xiàn)。

審核編輯 ：李倩