Нова система, яка використовує субатомні частинки, що утворюються високо в атмосфері Землі, може забезпечити огляд вулканів і допомогти знайти людей, які опинилися під уламками. Вчені використали побічні продукти космічного випромінювання, щоб створити першу у світі систему «GPS», яка працює під землею — і її можна використовувати для моніторингу вулканів і допомоги в майбутніх пошуково-рятувальних місіях.
Нова система позиціонування, названа муометричною бездротовою навігаційною системою (MuWNS), сканує примарні та надшвидкісні субатомні частинки, які називаються мюонами, щоб тріангулювати положення приймача, захованого глибоко під землею. Щобільше, дослідники кажуть, що технологію можна мініатюризувати, щоб розмістити її в таких пристроях, як смартфони. Вони опублікували свої висновки 15 червня в журналі iScience.
«Внутрішні навігаційні системи можуть служити багатьом практичним цілям, у тому числі для навігаційних систем транспортування людей, точного визначення місцезнаходження зниклої людини для екстреного порятунку та роботи автоматизованих роботів на заводах, а також для навігації в шахтах і підземних спорудах», — перший автор Хіроюкі Танака . , професор геофізики Токійського університету розповів Live Science. «Однак GPS недоступний у таких середовищах. Сигнали GPS слабкі й легко блокуються невеликою перешкодою».
Коли космічні промені — частинки високої енергії, які виробляє Сонце, вибухи зірок, які називаються надновими, і таємничі джерела за межами нашої галактики Чумацький Шлях — врізаються у верхні шари атмосфери Землі, вони розбиваються на зливи частинок, які згодом розпадаються на мюони. Подібні до електронів за своєю структурою, але у 207 разів важчі, приблизно мільйон мюонів нешкідливо проносяться крізь наші тіла зі швидкістю, близькою до світлової, щоночі.
На відміну від GPS, яка слабшає на великих висотах і зашифровується під землею, лише деякі мюони зупиняються твердими об’єктами — які поглинають їх більше, чим твердіші вони. Це дозволило вченим використовувати постійну космічну зливу, щоб нанести на карту внутрішні місця, недоступні іншим чином, наприклад піраміди, вулкани та полум’яні серця ядерних реакторів.
Попередня версія MuWNS, яка називається муометричною системою позиціонування (muPS), була створена дослідниками для виявлення змін морського дна, викликаних тектонічною або вулканічною активністю. Подібно до тріангулятів GPS із супутниками в небі, muPS складався з чотирьох опорних станцій на рівні поверхні, через які мюони проходили перед тим, як прибувати до приймальної станції на дні океану.
Щоб врахувати час подорожі мюонів між опорними станціями та приймачем, дослідники з’єднали п’ять детекторів дротами, щоб вони могли передавати різницю в часі між ними. Щоб відійти від громіздких проводів, дослідники винайшли нове рішення для тимчасової затримки, використовуючи високоточні кварцові годинники, синхронізуючи опорні станції з приймачем за допомогою GPS до того, як його забрали під землю.
«Детектор-приймач і опорні детектори спочатку підключаються до GPS для синхронізації», — сказав Танака. «Ці детектори в кінцевому підсумку відокремлюються від GPS для навігації. Кожен детектор оснащений точним локальним годинником — у цьому випадку кварцевим осцилятором, керованим духовкою, — який не дрейфує настільки широко протягом короткого [проміжку часу]. Тому ці деякий час практично синхронізовані».
Потім, щоб перевірити здатність своєї системи до тріангуляції, дослідники розмістили чотири еталонні детектори на шостому поверсі будівлі та передали детектор приймача людині в підвалі будівлі. Шляхом сканування космічних променів, уловлених детекторами та приймачем, дослідники реконструювали маршрут, яким пройшов підвальний навігатор. Після успішної демонстрації нової технології наступними кроками буде оптимізація її для використання в смартфонах.
«Розмір детектора приймача буде розміром чіпа», — сказав Танака. «Нам також не потрібна точна синхронізація часу; отже, атомний годинник більше не потрібний. Тому його безперечно можна встановити [у] смартфони». Джерело