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最近,俄罗斯国家核能大学莫斯科工程物理研究所的科学家开发了一种独特的飓风μ子辐射计和μ子诊断方法。μ子是一种基本粒子,从宇宙粒子转变成地球大气。新的辐射计可以从远距离观察飓风内部,预测气旋的形成和轨迹以及风力的大小。
飓风是一种中心气压低、风速快的巨大气旋,是地球上最危险、最具破坏性的现象之一。温带气旋是由相邻气团之间温度和压力的巨大差异造成的。热带气旋形成于海平面以上,是由潮湿空气体层中的蒸汽凝结而成,能量巨大。中间飓风在一小时内释放的能量相当于大约30兆瓦的核爆炸能量。这种力量穿过海洋,最终可以横扫海岸。根据美国宇航局的数据,全世界约有1亿人生活在飓风易发地区。
考虑到飓风的破坏力,准确地预测它们是非常必要的。在人造地球卫星出现之前,唯一的飓风监测设备是飞机。但是即使在今天,卫星也不能提供全面的信息,例如确定飓风的内部压力或确切的风速。此外,浓密的云层可能会妨碍它对气旋的观测。因此,尽管有卫星系统、传感器和雷达,飞机在预测飓风方面仍然发挥着重要作用。一些现代的“飓风猎人”是装备有监控设备的无人驾驶飞行器。早在2010年,美国宇航局就开始使用由全球鹰组成的小型无人机编队。
目前,利用现代计算机技术可以建立一个相当精确的大气模型。因此,科学家可以通过分析各种来源的数据来预测气旋的进一步活动。一般气旋的平均“寿命”可达9至12天。尽管近年来飓风轨迹建模取得了很大进展,但预测飓风的能力并没有多大提高。不准确的预测将导致不必要的人员伤亡和设施损坏,而毫无根据的悲观预测将导致工厂、学校、采矿、群众疏散和大量开支的暂停。
为了解决上述问题,美皮研究人员提出了自己的科学研究思路:大气变化是飓风发生和进一步活动的主要原因。因此,可以通过监测这些变化来观察气旋,并预测其各种过程。
学院NEVOD研究中心教授伊戈尔·亚辛说:“飓风μ子辐射计可以实时记录和分析由大气、磁层和大气引起的地球表面次级宇宙射线流的变化。我们开发的辐射计的独特之处在于,它可以实时恢复每个μ子的轨迹,并执行μ子射线成像(类似于x光成像)。对μ子射线成像的分析有助于实时监测大面积的太阳圈,并控制海平面以上15至20公里范围内的大气状况。”
研究人员还表示,新的辐射计可以为准确的飓风预测提供保证。在俄罗斯(国土面积1710万平方公里)监测空大气需要四个飓风辐射计,而大西洋,世界第二大海洋,面积9166万平方公里,大约是俄罗斯面积的五倍。考虑到飓风并不发生在所有海平面空的地方,绝大多数热带气旋形成于南纬10度至北纬30度之间,因此不需要太多的辐射计来监测这一地区。
亚辛说,飓风辐射计不仅易于维护,而且易于携带。它可以放在卡车上,必要时可以转移。然而,与会议中飞行的“飓风猎人”不同,辐射计不需要频繁移动,因为它可以从远距离监测和分析飓风。
以前,μ子探测器被用来透视埃及金字塔。此外,它还将用于侦查核走私和监测火山活动。MEPhI科学家希望μ介子诊断方法能对飓风研究做出应有的贡献,并有助于提高飓风功率预测的准确性,进而有助于避免不必要的费用,甚至减少飓风发生的危险地区的人员伤亡。
据介绍,辐射计还可以预测太阳圈内潜在的危险现象、磁暴和其他由太阳活动引起的自然灾害。