Wissenschaftler haben ein globales Positionierungssystem entwickelt, das dank starker kosmischer Strahlung sogar Bewegungen unter der Erde verfolgen kann.
Illustration von kosmischer Strahlung, die aus dem Weltraum auf die Erde trifft. Foto: Shutterstock
Kosmische Strahlung besteht aus hochenergetischen Teilchen aus dem Weltraum, darunter Quellen wie die Sonne, ferne Galaxien, Supernovae und andere Himmelskörper. Obwohl Menschen kosmische Strahlung weder sehen noch spüren können, trifft sie unaufhörlich auf die Erde. Tatsächlich ist sie so zahlreich, dass Wissenschaftler schätzen, dass jede Minute ein kosmischer Strahl auf einen Quadratzentimeter der Erdoberfläche trifft.
Ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Hiroyuki Tanaka von der Universität Tokio nutzt kosmische Strahlung, um ein globales Positionierungssystem zu entwickeln, das Bewegungen im Erdinneren verfolgen kann, berichtete Interesting Engineering am 18. Juni. Die neue Studie wurde in der Fachzeitschrift iScience veröffentlicht.
Wenn kosmische Strahlung in die Erdatmosphäre eintritt, kollidiert sie mit Molekülen und Atomen in der Luft und erzeugt dabei sekundäre Teilchen, sogenannte Myonen. Myonen sind fundamentale subatomare Teilchen, ähnlich den Elektronen, aber 207-mal schwerer. Sie können Festkörper durchdringen, wobei das Ausmaß der Durchdringung von der Dichte des jeweiligen Objekts abhängt. Beispielsweise absorbieren Gesteine und Gebäude aufgrund ihrer hohen Dichte mehr Myonen.
GPS hingegen nutzt herkömmliche Funkwellen, deren Stärke in größeren Höhen abnimmt und die stärker gestreut werden. Daher ist es sehr schwierig, damit Bewegungen unter Tage zu erfassen.
Tanaka und seine Kollegen nutzten die Eigenschaften kosmischer Strahlung, um schwer zugängliche Orte wie Vulkane, Kernreaktoren und Pyramiden zu kartieren. Sie entwickelten ein neues drahtloses Navigationssystem mit Myonen namens MuWNS. Das System besteht aus oberflächennahen Referenzdetektoren und einem unterirdischen Empfangsdetektor, der die Flugbahn der Myonen erfasst. Durch die Analyse von Zeitpunkt und Richtung der Myonen bestimmt MuWNS die relative Position des unterirdischen Empfangsdetektors zum oberflächennahen Referenzdetektor.
Anschließend werden alle gesammelten Daten dazu beitragen, die Flugbahn des Myons zu rekonstruieren und ein Modell bzw. eine Karte des unterirdischen Bereichs zu erstellen. Diese Karte liefert wertvolle Informationen, beispielsweise zur Zusammensetzung und Dichte der vom Myon durchdrungenen Materialien, und ermöglicht es Experten, unterirdische Strukturen und geographische Merkmale zu visualisieren.
Das Forschungsteam testete das neue MuWNS-System, indem es einen menschlichen Detektor im Keller und vier Referenzdetektoren im sechsten Stock eines Gebäudes platzierte. Anschließend rekonstruierten sie erfolgreich den Weg der Person unterirdisch, indem sie die von den Detektoren erfassten kosmischen Strahlen filterten.
Das Expertenteam hat gezeigt, dass das weltweit erste auf kosmischer Strahlung basierende globale Positionierungssystem künftige Such- und Rettungsmissionen sowie die Vulkanüberwachung unterstützen kann. Als Nächstes planen sie, MuWNS so weiterzuentwickeln, dass es in Smartphones integriert werden kann.
Thu Thao (Laut Interesting Engineering )
Quellenlink
Kommentar (0)