Команда вчених успішно продемонструвала перший у світі космічний GPS для виявлення руху під землею та у вулканах, що потенційно може допомогти у майбутніх пошуково-рятувальних місіях.
Космічні промені – це високоенергетичні частинки, що походять з космосу, включаючи такі джерела, як Сонце, далекі галактики, наднові та інші небесні тіла. Хоча ми не можемо бачити або відчувати космічні промені безпосередньо, вони постійно бомбардують Землю з космосу.
Насправді, цих частинок настільки багато, що, за оцінками вчених, один космічний промінь потрапляє на один квадратний сантиметр поверхні Землі щохвилини! Вчені вивчають космічні промені, щоб дізнатися про Всесвіт і про те, як взаємодіють частинки при високих енергіях.
Однак зараз вчені використовують космічні промені для розробки системи глобального позиціонування (GPS) для відстеження підземних рухів. Ця новаторська система здатна революціонізувати світ реагування на катастрофи.
Дослідницька група під керівництвом професора Хіроюкі Танака з Токійського університету розробила бездротову муометричну навігаційну систему або MuWNS, нову технологію бездротової навігації.
Коли космічні промені потрапляють в атмосферу Землі, вони стикаються з атомами і молекулами в повітрі, утворюючи зливу вторинних частинок, які називаються мюонами. Мюони – це фундаментальні субатомні частинки, подібні до електронів, але важать у 207 разів більше.
Мюони можуть проникати і проходити крізь тверді об’єкти, причому ступінь проникнення залежить від щільності матеріалу. Наприклад, гірські породи та будівлі поглинають багато мюонів через свою високу щільність.
На противагу цьому, GPS, який покладається на радіохвилі, слабшає на великих висотах і легко розсіюється. Це ускладнює виявлення руху під землею за допомогою GPS-сигналів.
Танака і його команда використали цю властивість космічних променів для картографування внутрішньої частини важкодоступних місць, таких як вулкани, активні зони ядерних реакторів і піраміди.
Танака і його команда раніше розробили попередника MuWNS – муометричну систему позиціонування (muPS). MuPS використовувалася для виявлення змін морського дна за допомогою мюонів. Вона включала чотири наземні референтні станції і станцію-приймач на дні океану.
MuWNS передбачає розміщення референтних детекторів на поверхні і детектора-приймача під землею для виявлення проходження мюонів. Аналізуючи час і напрямок мюонів, MuWNS тріангулює відносне положення детектора-приймача під землею відносно еталонних детекторів на поверхні.
Для запобігання розбіжностей у часі та забезпечення точності позиціонування еталонний і приймальний детектори синхронізуються за допомогою високоточних кварцових годинників.
Після того, як всі дані зібрані, вони використовуються для реконструкції шляхів мюонів для створення моделі або карти підземної області. Карта може надати важливу інформацію, таку як склад і щільність матеріалів, з якими стикається мюон, що дозволяє візуалізувати підземні структури і географічні особливості.
Потім команда протестувала свою систему MuWNS, давши людині детектор-приймач у підвалі будівлі і розмістивши чотири референтні детектори на шостому поверсі тієї ж будівлі. Дослідники успішно відновили шлях підземного навігатора, відстежуючи космічні промені, які вловлювали детектори та приймач.
Команда продемонструвала перший у світі GPS на основі космічних променів, який може допомогти в майбутніх пошуково-рятувальних місіях, а також використовуватися для моніторингу вулканів. Наступним кроком є вдосконалення системи MuWNS, щоб її можна було вбудувати в смартфон.
Читайте також: