Per la prima volta, le particelle di muoni ad alta energia create nell’atmosfera hanno permesso ai ricercatori di esplorare le strutture delle tempeste in un modo che le tecniche di visualizzazione tradizionali, come l’imaging satellitare, non possono fare. I dettagli offerti da questa nuova tecnica potrebbero aiutare i ricercatori a realizzare modelli più affidabili delle tempeste e dei relativi effetti meteorologici. Ciò potrebbe anche portare a sistemi di allerta precoce più accurati.
Le previsioni meteo e i sistemi di allerta precoce sono sempre stati importanti, ma con l’aumento dell’attività temporalesca ora sembra vero più che mai. Un team di ricercatori, guidato dal professor Hiroyuki Tanaka del Muographix dell’Università di Tokyo, offre al mondo della meteorologia un nuovo modo per rilevare ed esplorare i cicloni tropicali utilizzando una stranezza della fisica delle particelle che ha luogo sempre sopra le nostre teste.
“Probabilmente avete visto fotografie di cicloni scattate dall’alto, che mostrano vortici di nuvole. Dubito che abbiate mai visto un ciclone di lato, forse come una computer grafica, ma mai come dati reali acquisiti dal sensore,” ha affermato Tanaka. “Quello che offriamo al mondo è la capacità di fare proprio questo, visualizzare fenomeni meteorologici su larga scala come i cicloni da una prospettiva 3D e anche in tempo reale. Lo facciamo usando una tecnica chiamata muografia, che si può pensare come una radiografia, ma per vedere dentro cose davvero enormi“.
La muografia crea immagini simili a raggi X di oggetti di grandi dimensioni, inclusi vulcani, piramidi, corpi idrici e ora, per la prima volta, sistemi meteorologici atmosferici. Sensori speciali chiamati “scintillatori” vengono uniti per formare una griglia, un po’ come i pixel sul sensore della fotocamera dello smartphone. Tuttavia, questi scintillatori non vedono la luce ottica, ma vedono invece particelle chiamate muoni che si creano nell’atmosfera quando i raggi cosmici provenienti dallo Spazio profondo si scontrano con gli atomi nell’aria. I muoni sono speciali perché attraversano facilmente la materia senza disperdersi tanto quanto altri tipi di particelle. Il piccolo discostamento che avviene mentre attraversano materia solida, liquida o persino gassosa, può rivelare i dettagli del loro viaggio tra l’atmosfera e i sensori. Catturando un gran numero di muoni che passano attraverso qualcosa, si può creare un’immagine.
“Abbiamo rappresentato con successo il profilo verticale di un ciclone e questo ha rivelato variazioni di densità essenziali per capire come funzionano i cicloni,” ha affermato Tanaka. “Le immagini mostrano sezioni trasversali del ciclone che ha attraversato la prefettura di Kagoshima, nel Giappone occidentale. Sono stato sorpreso di vedere chiaramente che aveva un nucleo caldo a bassa densità che contrastava drammaticamente con l’esterno freddo ad alta pressione. Non c’è assolutamente modo di acquisire tali dati con i tradizionali sensori di pressione e la fotografia“.
Il rivelatore utilizzato dai ricercatori ha un angolo di visione di 90 gradi, ma Tanaka prevede di combinare sensori simili per creare stazioni di osservazione emisferiche e quindi omnidirezionali che potrebbero essere posizionate lungo la costa. Sebbene i satelliti seguano già queste tempeste, i dettagli extra offerti dalla muografia potrebbero migliorare le previsioni.
“Uno dei prossimi passi per noi ora sarà perfezionare questa tecnica per rilevare e visualizzare tempeste su scale diverse,” ha affermato Tanaka. “Ciò potrebbe significare una migliore modellazione e previsione non solo per i sistemi di tempesta più grandi, ma anche per le condizioni meteorologiche più locali“.
