科学者たちは、強力な宇宙線のおかげで地下の動きさえも追跡できる全地球測位システムを開発した。
宇宙から地球に降り注ぐ宇宙線のイラスト。写真： Shutterstock
宇宙線は、太陽、遠方の銀河、超新星、その他の天体など、宇宙空間から発生する高エネルギー粒子です。人間は宇宙線を直接見たり感じたりすることはできませんが、宇宙から地球に絶えず降り注いでいます。実際、宇宙線は非常に豊富で、科学者の推定によると、地球の表面1平方センチメートルに1分間に1本の宇宙線が降り注いでいます。
東京大学の田中宏之教授率いる研究チームは、宇宙線を利用して地球内部の動きを追跡できる全地球測位システムを開発していると、 Interesting Engineeringが6月18日に報じた。この新たな研究は、iScience誌に掲載された。
宇宙線が地球の大気圏に入ると、空気中の分子や原子と衝突し、ミューオンと呼ばれる二次粒子を生成します。ミューオンは原子核より小さな素粒子で、電子に似ていますが、電子の207倍の重さがあります。ミューオンは固体を透過しますが、その透過量は物体の密度に依存します。例えば、岩石や建物は密度が高いため、ミューオンをより多く吸収します。
一方、GPSは従来の電波に依存しており、一般的に高度が高いほど電波が弱くなり、散乱の影響を受けやすくなります。そのため、地下での動きの検知にGPSを使用することは非常に困難です。
田中氏らは宇宙線の特性を利用し、火山、原子炉の炉心、ピラミッドといったアクセス困難な場所の地図作成に成功した。彼らは、ミューオンを用いた新しい無線航法システム「MuWNS」を開発した。このシステムは、地表に設置された基準検出器と、ミューオンの軌道を検出する地下受信検出器から構成される。MuWNSは、ミューオンのタイミングと方向を分析することで、地表に設置された基準検出器に対する地下受信検出器の相対位置を決定する。
その後、収集されたすべてのデータは、ミューオンの軌道を再構築し、地下地域のモデルまたは地図を作成するのに役立ちます。この地図は、ミューオンが通過した物質の組成や密度などの貴重な情報を提供し、専門家が地下構造や地形を視覚化することを可能にします。
研究チームは、地下に人体検出器を1台、建物の6階に4台の基準検出器を設置し、新しいMuWNSシステムをテストしました。そして、検出器で検出された宇宙線をフィルタリングすることで、地下における人の移動経路を再現することに成功しました。
専門家チームは、 世界初の宇宙線を利用した全地球測位システムが、将来の捜索救助活動や火山監視を支援できることを実証しました。今後は、MuWNSを改良し、スマートフォンに統合できるようにする予定です。
Thu Thao （ Interesting Engineeringによると）
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