用于跟踪和可视化热带气旋的宇宙射线提供了新的视角

大气中产生的高能μ子粒子首次使研究人员能够以传统可视化技术(如卫星成像)无法探索的方式探索风暴的结构。这种新技术提供的细节可以帮助研究人员模拟风暴和相关的天气影响。这也可能导致更准确的预警系统。

很难不注意到新闻中关于世界不同地区暴风雨的报道数量，通常归因于气候变化。天气预报和预警系统一直很重要，但随着风暴活动的增加，这些天似乎尤其如此。由东京大学Muographix的HiroyukiTanaka教授领导的一组研究人员为气象学界提供了一种检测和探索热带气旋的新方法，该方法使用一直在我们头顶上发生的粒子物理学怪癖。

“你可能已经看过从上方拍摄的旋风照片，显示出漩涡状的云层。但我怀疑你是否从侧面看到过旋风，可能是计算机图形，但从未作为实际捕获的传感器数据，”田中说.“我们为世界提供的是做到这一点的能力，从3D角度可视化像旋风这样的大规模天气现象，而且也是实时的。我们使用一种叫做muography的技术来做到这一点，你可以把它想象成X——射线，但要看到真正巨大的事物的内部。”

Muography创建了大型物体的类似X射线的图像，包括火山、金字塔、水体，现在还首次创建了大气天气系统。称为闪烁体的特殊传感器连接在一起形成一个网格，有点像智能手机相机传感器上的像素。然而，这些闪烁体看不到光学光，而是看到称为μ子的粒子，这些粒子是在宇宙射线时在大气中产生的来自深空的原子与空气中的原子发生碰撞。μ子很特别，因为它们很容易穿过物质而不会像其他类型的粒子那样散射。但是当它们穿过固体、液体甚至气态物质时，它们确实偏离的少量，可以揭示它们在大气和传感器之间的旅程的细节。通过捕获大量穿过某物的μ子，可以重建它的图像。

“我们成功地对旋风的垂直剖面进行了成像，这揭示了了解旋风如何工作的密度变化，”田中说。“这些图像显示了穿过日本西部鹿儿岛县的气旋的横截面。我很惊讶地看到它有一个低密度的温暖核心，与高压寒冷的外部形成鲜明对比。绝对没有办法捕捉到这些数据与传统的压力传感器和摄影相结合。”

研究人员使用的探测器具有90度的视角，但Tanaka设想结合类似的传感器来创建半球形的全方位观测站，这些观测站可以沿着海岸线放置。这些可能会在300公里外看到气旋。尽管卫星已经跟踪了这些风暴，但muography提供的额外细节可以改善对即将到来的风暴的预测。

“我们现在的下一步将是改进这项技术，以便检测和可视化不同规模的风暴，”田中说。“这可能意味着更好的建模和预测，不仅适用于更大的风暴系统，也适用于更多的当地天气条件。”