Открытие глаза бури

Newswise — Впервые высокоэнергетические мюонные частицы, созданные в атмосфере, позволили исследователям исследовать структуру штормов так, как не могут традиционные методы визуализации, такие как спутниковые изображения. Детали, предлагаемые этой новой техникой, могут помочь исследователям моделировать штормы и связанные с ними погодные эффекты. Это также может привести к созданию более точных систем раннего предупреждения.

Трудно не заметить количество сообщений в новостях о сильных штормах в разных частях мира, которые часто связывают с изменением климата. Системы прогнозирования погоды и раннего оповещения всегда были важны, но в связи с усилением штормовой активности в наши дни это кажется особенно важным. Группа исследователей во главе с профессором Хироюки Танакой из Muographix Токийского университета предлагает миру метеорологии новый способ обнаружения и изучения тропических циклонов с использованием причуды физики элементарных частиц, которая постоянно происходит над нашими головами.

«Вы, наверное, видели фотографии циклонов, сделанные сверху, на которых видны закрученные вихри облаков. Но я сомневаюсь, что вы когда-либо видели циклон со стороны, возможно, в виде компьютерной графики, но никогда в виде фактических данных, полученных датчиками, — сказал Танака. «То, что мы предлагаем миру, — это возможность делать именно это, визуализировать крупномасштабные погодные явления, такие как циклоны, с трехмерной точки зрения, а также в режиме реального времени. Мы делаем это с помощью техники под названием мюография, которую можно представить как рентген, но для того, чтобы заглянуть внутрь действительно огромных вещей».

Муография создает рентгеновские изображения больших объектов, включая вулканы, пирамиды, водоемы, а теперь впервые и атмосферные погодные системы. Специальные датчики, называемые сцинтилляторами, соединяются вместе, образуя сетку, немного похожую на пиксели на датчике камеры вашего смартфона. Однако эти сцинтилляторы не видят оптический свет, а вместо этого видят частицы, называемые мюонами, которые образуются в атмосфере, когда космические лучи из глубокого космоса сталкиваются с атомами в воздухе. Мюоны особенные, потому что они легко проходят через вещество, не рассеиваясь так сильно, как другие типы частиц. Но то небольшое отклонение, на которое они отклоняются при прохождении через твердую, жидкую или даже газообразную материю, может раскрыть детали их путешествия между атмосферой и датчиками. Захватив большое количество мюонов, проходящих через что-то, можно реконструировать его изображение.

«Мы успешно отобразили вертикальный профиль циклона, и это выявило изменения плотности, необходимые для понимания того, как работают циклоны», — сказал Танака. «На изображениях показаны поперечные сечения циклона, прошедшего через префектуру Кагосима в западной Японии. Я был удивлен, увидев ясно, что у него было теплое ядро ​​с низкой плотностью, которое резко контрастировало с холодным внешним давлением с высоким давлением. Совершенно невозможно получить такие данные с помощью традиционных датчиков давления и фотографии».

Детектор, который использовали исследователи, имеет угол обзора 90 градусов, но Танака предполагает объединить аналогичные датчики для создания полусферических и, следовательно, всенаправленных станций наблюдения, которые можно было бы разместить вдоль береговой линии. Они потенциально могут видеть циклоны на расстоянии до 300 километров. Хотя спутники уже отслеживают эти штормы, дополнительные детали, предлагаемые мюографией, могут улучшить предсказания приближающихся штормов.

«Одним из следующих шагов для нас теперь будет усовершенствование этой техники, чтобы обнаруживать и визуализировать штормы в разных масштабах», — сказал Танака. «Это может означать лучшее моделирование и прогнозирование не только для более крупных штормовых систем, но и для большего количества местных погодных условий».

###

Статья в журнале: Хироюки К.М. Танака, Джон Глуяс, Марко Холма, Яри Йоутсенваара, Паси Куусиниеми, Джованни Леоне, Доменико Ло Прести, Джун Мацусима, Ласло Ола, Сара Штайгервальд, Ли Ф. Томпсон, Илья Усоскин, Степан Полуианов, Дезё Варга, Юсуке Йокота. «Атмосферная муография для визуализации и мониторинга тропических циклонов». Научные отчеты.

О Токийском университете
Токийский университет является ведущим университетом Японии и одним из ведущих исследовательских университетов мира. Обширные результаты исследований около 6000 исследователей публикуются в ведущих мировых журналах по искусству и науке. Наш активный студенческий состав насчитывает около 15 000 студентов и 15 000 аспирантов, в том числе более 4 000 иностранных студентов. Узнайте больше на www.u-tokyo.ac.jp/en/ или следите за нами в Твиттере: @UTokyo_News_en.