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、その他の天体などの発生源を含む宇宙空間で発生する高エネルギー粒子です。人間は宇宙線を直接見ることも感じることもできませんが、宇宙から地球に宇宙線が絶えず降り注いでいます。実際、宇宙線は非常に豊富であるため、科学者は毎分宇宙線が地球の表面の1平方センチメートルに当たると推定しています。

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。この新しい研究は、iScience誌に掲載された。

宇宙線は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るが、207 倍重い基本的な亜原子粒子です。ミューオンは固体を貫通することができ、貫通の程度は物体の密度に依存します。たとえば、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、高度が高いと電波が弱くなり、散乱しやすくなります。このため、地下の動きを検出するために使用することは困難です。

田中氏とその同僚は宇宙線の特性を利用して、火山、原子炉の炉心、ピラミッドなど、アクセスが困難な場所の地図を作成した。彼らは、ミューオンを使用した「MuWNS」と呼ばれる新しい無線測位システムを開発しました。このシステムには、地表の基準検出器と、ミューオンの経路を検出するための地下の受信検出器が含まれています。 MuWNS は、ミューオンのタイミングと方向を分析することで、地表の基準検出器に対する地下受信検出器の相対位置を決定します。

収集されたすべてのデータは、ミューオンの経路を再構築し、地下領域のモデルや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理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に設置し、建物の6階に4つの基準検出器を設置して、新しいMuWNSシステムをテストしました。その後、研究者らは検出器が捉えた宇宙線を精査し、トンネル掘削機の進路を再現することに成功した。

専門家チームが、将来の捜索救助活動や火山監視活動を支援する可能性のある世界初の宇宙線ベースの全地球測位システムを実証した。今後は、MuWNSをスマートフォンに搭載できるように改良していく予定だ。

Thu Thao ( Interesting Engineeringによると)

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