物理科技生物学-PHYICA

首个宇宙射线传感器成功观测海啸波

技术工程 2022-04-28 21:53:34

First-of-its-kind cosmic ray sensor successfully observes tsunami waves东京湾隧道。横截面图详细描述了隧道是如何位于东京湾下面的,蓝星标记了微型仪器的位置。鸣谢:Tanaka等人。被称为μ子的高能粒子一直存在于大气中,甚至可以轻易地穿过巨大的物体。沿着东京湾隧道安装的灵敏探测器测量穿过它们上方海洋的μ子。这样可以计算隧道上方水量的变化。这种方法首次被用于准确检测2021年台风后的轻微海啸。在你读这句话的时候,大约有100,000个μ子粒子已经穿过了你的身体。但是不要担心,μ介子无害地穿过普通物质,它们也可以非常有用。东京大学Muographix的Hiroyuki Tanaka教授以探索μ子的应用为职业。他用它们来观察火山内部,甚至探测古代地震的证据。最近,田中和他的国际研究小组将他们的注意力转向气象现象,特别是海啸。

2021年9月,台风从南方逼近日本。当它接近陆地时,它带来了海浪和海啸。这一次的海啸相当温和,但纵观历史,海啸给日本周边的许多沿海地区造成了巨大的破坏。当巨浪进入东京湾时,微观层面上发生了一些几乎察觉不到的事情。由来自深空的宇宙射线产生的大气μ子粒子,被额外体积的水散射得比没有水时稍微多一些。这意味着穿过东京湾的μ子数量随着海洋的膨胀而变化。

First-of-its-kind cosmic ray sensor successfully observes tsunami waves海底实验室。这块金匾是为了纪念这个装置。它可能是世界上唯一一个同时也是工作科学实验室的公共公路隧道。鸣谢:Tanaka等人。“东京湾海底超千米海底深度探测器(TS-HKMSDD)是世界上第一个水下μ介子观测站,它在海啸期间探测到了各种μ介子活动,”Tanaka说。“这种变化对应于用其他方法测量的海洋涌浪。结合这些读数意味着我们可以使用mu ograpic数据来精确模拟海平面的变化,绕过其他有缺陷的方法。”

还有其他方法来测量海平面的变化,如验潮仪、卫星、浮标或海底传感器等物理机制。但是安装在海底隧道中的TS-HKMSDD和基于它的未来仪器可以更便宜地建造和运行,更容易接近,并且它们不会遭受物理磨损,因为它们没有移动部件。然而,重要的是,来自TS-HKMSDD的数据既是实时的又是高度准确的,这两个关键标准使其适用于可靠的早期预警系统。

“由于我们在早期测试中取得的成功,类似的系统已经在英国和芬兰进行了测试,”田中说。“很明显,像这样的事业伴随着挑战,在繁忙的隧道中安装精密仪器可能会很困难。但是我们感谢负责东京湾隧道的机构的合作。据我所知,该隧道现在是世界上第一条被定义为实验室的活跃国道。”

目前的研究发表在科学报告上。田中和他的团队还有许多其他方法来利用μ介子,包括一种精确同步世界时间的可能方法,以及与此相关的比当前GPS更精确的空间定位系统。

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