В МИФИ разработали метод оценки вероятности гроз и ураганов по космическим лучам
Основным инструментом наблюдений стала установка УРАГАН — установка для распознавания грозовых аномалий. Она включает четыре прецизионных трековых детектора общей площадью около 45 кв. м, которые регистрируют каждый мюон, проходящий через установку.
Источник: МИФИ. Ключевой инструмент для наблюдений - установка УРАГАН (Установка для РАспознавания Грозовых Аномалий).
МОСКВА, 23 марта. /Новости науки/. Ученые НИЯУ МИФИ представили методику, которая позволяет оценивать вероятность мощных гроз, ураганов и других опасных атмосферных явлений на основе анализа потоков мюонов — нестабильных элементарных частиц, возникающих в атмосфере под действием космических лучей. Разработка в перспективе может использоваться для раннего выявления опасных погодных процессов и усиления систем экстренного реагирования, сообщает пресс-служба МИФИ.
«Наша задача не предсказывать, какая будет температура через трое суток, а разработать подход, который бы впоследствии мог облегчить заблаговременное обнаружение, допустим, тех же торнадо», — приводятся в сообщении слова профессора научно-образовательного центра НЕВОД НИЯУ МИФИ Игоря Яшина.
Как поясняют исследователи, мюоны рождаются на высоте 15–20 км и при движении к поверхности Земли проходят через разные слои атмосферы. Поэтому любые изменения температуры, плотности воздуха и влажности влияют на число частиц, достигающих детекторов.
По словам Яшина, если температура атмосферы понижается, слой генерации мюонов опускается ниже, и вероятность того, что частицы дойдут до Земли, возрастает. Если атмосфера нагревается, зона их рождения поднимается выше, и мюонам приходится проходить большее расстояние.
Особый интерес для ученых представляют грозовые процессы. В центре НЕВОД установили, что при мощной конвекции и выносе влажного воздуха в верхние слои атмосферы в тучах формируются массивы замороженной воды, которые начинают частично экранировать поток мюонов.
«Если вы направили свой детектор в этом направлении, то у вас поток мюонов будет меняться. Не сильно, но измеримо», — пояснил Яшин.
Основным инструментом наблюдений стала установка УРАГАН — установка для распознавания грозовых аномалий. Она включает четыре прецизионных трековых детектора общей площадью около 45 кв. м, которые регистрируют каждый мюон, проходящий через установку.
На основе этих измерений исследователи строят так называемые мюонограммы — своего рода «рентгеновские снимки» атмосферы, проецируемые на высоту генерации частиц. Такой подход позволяет в реальном времени отслеживать состояние воздушного слоя над территорией до 10 тыс. кв. км в московском регионе.
Как отмечают ученые, важным преимуществом метода является возможность оценивать водный запас в грозовых облаках. Чем больше воды содержится в мощных турбулентных областях, тем меньше мюонов проходит через них, и это отражается в данных детекторов.
Разработанные в МИФИ методы азимутального сканирования позволяют выделять направления, откуда приходит максимальная модуляция потока мюонов, и фиксировать зоны дефицита частиц, связанные с развитием сильных атмосферных возмущений, в том числе ураганов.
В дальнейшем исследователи предлагают создать сеть мюонных годоскопов — например, по линии Дубна—Протвино. Такая система, по их мнению, позволит получать уже не плоскую, а объемную картину движения атмосферных фронтов и опасных облачных структур.
Кроме атмосферных явлений, метод может оказаться полезен и для оценки рисков в околоземном космосе. Потоки мюонов чувствительны к корональным выбросам массы на Солнце, поэтому могут использоваться как ранний индикатор надвигающихся магнитных бурь, опасных для спутников и экипажей космических миссий.
Сейчас ученые НИЯУ МИФИ продолжают сопоставлять мюонограммы с данными доплеровских радаров и наземных метеостанций, чтобы довести эту методику до уровня практической технологии, пригодной для служб предупреждения и экстренного реагирования.
«Наша задача не предсказывать, какая будет температура через трое суток, а разработать подход, который бы впоследствии мог облегчить заблаговременное обнаружение, допустим, тех же торнадо», — приводятся в сообщении слова профессора научно-образовательного центра НЕВОД НИЯУ МИФИ Игоря Яшина.
Как поясняют исследователи, мюоны рождаются на высоте 15–20 км и при движении к поверхности Земли проходят через разные слои атмосферы. Поэтому любые изменения температуры, плотности воздуха и влажности влияют на число частиц, достигающих детекторов.
По словам Яшина, если температура атмосферы понижается, слой генерации мюонов опускается ниже, и вероятность того, что частицы дойдут до Земли, возрастает. Если атмосфера нагревается, зона их рождения поднимается выше, и мюонам приходится проходить большее расстояние.
Особый интерес для ученых представляют грозовые процессы. В центре НЕВОД установили, что при мощной конвекции и выносе влажного воздуха в верхние слои атмосферы в тучах формируются массивы замороженной воды, которые начинают частично экранировать поток мюонов.
«Если вы направили свой детектор в этом направлении, то у вас поток мюонов будет меняться. Не сильно, но измеримо», — пояснил Яшин.
Основным инструментом наблюдений стала установка УРАГАН — установка для распознавания грозовых аномалий. Она включает четыре прецизионных трековых детектора общей площадью около 45 кв. м, которые регистрируют каждый мюон, проходящий через установку.
На основе этих измерений исследователи строят так называемые мюонограммы — своего рода «рентгеновские снимки» атмосферы, проецируемые на высоту генерации частиц. Такой подход позволяет в реальном времени отслеживать состояние воздушного слоя над территорией до 10 тыс. кв. км в московском регионе.
Как отмечают ученые, важным преимуществом метода является возможность оценивать водный запас в грозовых облаках. Чем больше воды содержится в мощных турбулентных областях, тем меньше мюонов проходит через них, и это отражается в данных детекторов.
Разработанные в МИФИ методы азимутального сканирования позволяют выделять направления, откуда приходит максимальная модуляция потока мюонов, и фиксировать зоны дефицита частиц, связанные с развитием сильных атмосферных возмущений, в том числе ураганов.
В дальнейшем исследователи предлагают создать сеть мюонных годоскопов — например, по линии Дубна—Протвино. Такая система, по их мнению, позволит получать уже не плоскую, а объемную картину движения атмосферных фронтов и опасных облачных структур.
Кроме атмосферных явлений, метод может оказаться полезен и для оценки рисков в околоземном космосе. Потоки мюонов чувствительны к корональным выбросам массы на Солнце, поэтому могут использоваться как ранний индикатор надвигающихся магнитных бурь, опасных для спутников и экипажей космических миссий.
Сейчас ученые НИЯУ МИФИ продолжают сопоставлять мюонограммы с данными доплеровских радаров и наземных метеостанций, чтобы довести эту методику до уровня практической технологии, пригодной для служб предупреждения и экстренного реагирования.
