宇宙微子可以3D扫描飓风

HIROYUKI KM TANAKA

利用被称为“μ介子”的外来粒子，科学家们现在可以在3D中扫描飓风的内部深处，观察用常规技术难以观测到的风暴区域。研究人员表示，这些发现表明，μ介子探测器可能有助于研究新的更好的飓风预警系统。

μ介子与电子相似，只是它的重量是电子的200倍多 —— 这是关于成年人和小象之间的区别。当被称为宇宙射线的深空高能粒子撞击地球大气层时，它们可以产生μ介子。μ介子不断地从各个角度向地球喷射，大约每分钟一μ介子在海平面上撞击地球的每平方厘米。

μ介子通常很容易穿过物质，但密集的物体或巨大的物体可以以类似于X射线的方式吸收或散射它们。通过捕捉穿过物体的大量μ介子，研究人员可以重建其图像，这是一种被称为μ介子层析成像（muon tomography）的技术。

科学家们已经使用全息照相术（muography）分析了福岛熔炼的核芯，扫描了吉萨大金字塔，看到了火山深处、海啸般的海浪和船运集装箱。现在，一项新的研究首次探索了使用muography探测热带气旋（也称为飓风或台风，取决于位置）。

尽管卫星图像和无人机任务可以观测到飓风，但它们面临着收集热带气旋内部气压和密度三维性质数据的挑战。这些细节对于预测未来这些风暴的发展情况通常至关重要。

科学家让他们的μ介子探测器阵列分析了2016年、2019年和2021年接近日本西部鹿儿岛的八个热带气旋。他们发现可以看到这些风暴中心的空气密度和压力变化。该研究的主要作者、东京大学的物理学家Hiroyuki Tanaka表示：“气旋的暖核清晰可见。”

研究人员检测到的垂直和水平压力变化与风力有关。Tanaka说：“暖心清晰可见的事实表明，可以计算出气旋内部的风速分布。”他说，计算热带气旋内部的风速分布反过来可能有助于科学家估计其威力并预测其可能走向。

研究人员估计，μ介子探测器必须位于风暴300公里范围内，以分析穿过它们的μ介子。Tanaka表示，目前存在陆基和基于飞机的多路成像设备。他补充道：“迄今为止还没有基于船舶的，但它们显然也是可能的。”

Tanaka说，通过将计算机模拟和图像数据相结合，“我们可能能够设计一种全新的气旋预报系统。他补充说，未来的研究可能会分析不同尺度的风暴，不仅可以分析热带气旋，还可以分析更多当地的天气状况。

科学家们上个月在《科学报告》杂志上详细介绍了他们的发现。