Датчик космических лучей смог обнаружить волны цунами

Мы все знаем о разрушительном воздействии цунами, и возможность трагедии продолжает стимулировать исследования по улучшению методов обнаружения. В новом исследовании сообщается о новом подходе к обнаружению цунами: мониторинге мюонов.

Эти высокоэнергетические элементарные частицы образуются при приходе космических лучей из космоса, находятся повсюду в атмосфере и могут безвредно пройти сквозь практически все, включая вас: 100 000 из них пройдут через ваше тело, пока вы читаете это предложение.

Очень важно, что они могут быть очень незначительно смещены на своем пути под воздействием больших природных сил, включая цунами.

Для обнаружения движения мюонов требуется невероятно чувствительный прибор, что и привело нас к гиперкилометрическому подводному глубинному детектору на морском дне Токио-Бэй, или сокращенно TS-HKMSDD. Он установлен внутри туннеля скоростной магистрали Токийского залива Aqua-Line.

TS-HKMSSD выпала честь впервые обнаружить волны цунами по мюонным пульсациям. Важное с точки зрения ранних предупреждений, обнаружение произошло в режиме реального времени и показало высокую точность.

"Гиперкилометровый подводный глубинный детектор на морском дне Токийского залива - первая в мире подводная мюонная обсерватория, и она обнаружила меняющуюся мюонную активность во время цунами", - говорит геофизик Хироюки Танака из Токийского университета в Японии.

"Эти колебания соответствуют океанским волнениям, которые были измерены другими методами. Объединение этих показаний означает, что мы можем использовать муографические данные для точного моделирования изменений уровня моря, минуя другие методы, которые имеют свои недостатки".

Эти другие методы включают в себя мареографы, буи в воде, спутниковые снимки, сделанные сверху, и различные датчики в самом море. Обнаружение мюонов, однако, обещает быть быстрее, дешевле и проще в обслуживании, чем эти методы.

В новом исследовании описывается, как система TS-HKMSDD обнаружила слабое цунами, прошедшее через Токийский залив в сентябре 2021 года, вызванное тайфуном, приближающимся к Японии с юга. Когда океан вздыбился, количество мюонов немного изменилось, рассеиваясь в зависимости от объема воды.

Теперь, когда TS-HKMSSD показал, что он может обнаружить эти мюонные сдвиги, исследователи предлагают установить подобные приборы в других туннелях в районах, подверженных риску цунами, и использовать их наряду с таким оборудованием, как мареографы, как часть систем раннего предупреждения.

"Благодаря успеху, достигнутому нами в ходе ранних испытаний, подобные системы уже испытываются в Великобритании и Финляндии", - говорит Танака.

"Очевидно, что подобное мероприятие сопряжено с трудностями, и установка деликатных приборов в оживленном туннеле может быть затруднена. Но мы благодарны за сотрудничество агентствам, ответственным за туннель Токийского залива".

Мюонные детекторы, входящие в состав TS-HKMSSD, на самом деле довольно маленькие, около 2 метров (6,5 футов) в длину. В настоящее время 20 из них размещены вдоль дорожного туннеля под Токийским заливом, работая вместе для создания общей системы.

Помимо обнаружения приближающихся цунами, подобная система может быть использована для поиска запасов природного газа и выявления древних схем землетрясений.

На данный момент исследователи довольны тем, что TS-HKMSSD работает как точный детектор цунами, который при дальнейшей работе можно будет использовать для предупреждения экспертов о стихийных бедствиях.

"Насколько мне известно, туннель стал первой в мире действующей национальной дорогой, определенной в качестве лаборатории", - говорит Танака.

Исследование было опубликовано в журнале Scientific Reports.