世界初の「GPS」システムは宇宙線を利用

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科学者たちは、強力な宇宙線を使って地下の動きを追跡できる全地球測位システムを開発しました。

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、宇宙線は非常に多く、科学者の推定によると、毎分1本の宇宙線が地球の表面1平方センチメートルに降り注いでいます。

東京大学の田中宏之教授率いる研究チームが宇宙線を利用して、地下の動きを追跡できる全地球測位システムを開発したと、 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。ミューオンは電子に似ていますが、質量は電子の207倍です。ミューオンは固体の密度に依存しますが、固体を透過することができます。例えば、岩石や建物は密度が高いため、多くのミューオンを吸収します。

一方、GPS は従来の電波に依存しており、高度が高いほど電波が弱くなり、散乱しやすいため、地下での動きを検知するのは困難です。

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測位システム「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、ミューオンの進路を検出する地下に設置された受信検出器で構成される。ミューオンのタイミングと方向を分析することで、MuWNSは地表に設置された基準検出器に対する地下に設置された受信検出器の位置を特定する。

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、地下のモデルまたは地図を作成するために使用されます。この地図は、ミューオンが通過する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質学的特徴を視覚化することを可能にします。

研究チームは、受信ロボットを地下室に設置し、建物の6階に4台の基準検出器を設置することで、新しいMuWNSシステムをテストしました。そして、検出器が捉えた宇宙線を遮蔽することで、地下室にいた人の進路を再現することに成功しました。

研究チームは、将来の捜索救助活動や火山監視を支援する可能性のある、世界初の宇宙線を利用した全地球測位システムを実証しました。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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