ระบบ 'GPS' แรกของโลกใช้รังสีคอสมิก

นักวิทยาศาสตร์พัฒนาระบบกำหนดตำแหน่งทั่วโลกที่สามารถติดตามการเคลื่อนไหวใต้ดินโดยใช้รังสีคอสมิกอันทรงพลัง

ภาพประกอบรังสีคอสมิกที่พุ่งชนโลกจากอวกาศ ภาพ: Shutterstock — ภาพประกอบรังสีคอสมิกที่พุ่งชนโลกจากอวกาศ ภาพ: *Shutterstock*

รังสีคอสมิกเป็นอนุภาคพลังงานสูงที่มีต้นกำเนิดจากอวกาศ รวมถึงแหล่งกำเนิดต่างๆ เช่น ดวงอาทิตย์ กาแล็กซีที่อยู่ห่างไกล ซูเปอร์โนวา และวัตถุท้องฟ้าอื่นๆ แม้ว่ามนุษย์จะไม่สามารถมองเห็นหรือรู้สึกถึงรังสีคอสมิกได้โดยตรง แต่รังสีเหล่านี้ก็ยังคงตกลงมาสู่โลกจากอวกาศอยู่ตลอดเวลา ในความเป็นจริง พวกมันมีอยู่มากมายจนนักวิทยาศาสตร์ประมาณการว่าทุกนาทีที่รังสีคอสมิกหนึ่งดวงพุ่งกระทบกับพื้นผิวโลกหนึ่งตารางเซนติเมตร

ทีมนักวิจัยที่นำโดยศาสตราจารย์ฮิโรยูกิ ทานากะ จากมหาวิทยาลัยโตเกียว ใช้รังสีคอสมิกเพื่อพัฒนาระบบกำหนดตำแหน่งทั่วโลกที่สามารถติดตามการเคลื่อนไหวใต้ดินได้ Interesting Engineering รายงานเมื่อวันที่ 18 มิถุนายน งานวิจัยใหม่ตีพิมพ์ในวารสาร iScience

เมื่อรังสีคอสมิกเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของโลก รังสีคอสมิกจะชนกับโมเลกุลและอะตอมในอากาศ ทำให้เกิดอนุภาครองที่เรียกว่ามิวออน มิวออนเป็นอนุภาคย่อยอะตอมพื้นฐานคล้ายกับอิเล็กตรอนแต่มีน้ำหนักมากกว่า 207 เท่า มิวออนสามารถทะลุทะลวงของแข็งได้ โดยระดับการทะลุทะลวงขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของวัตถุ ตัวอย่างเช่น หินและอาคารต่างๆ จะดูดซับมิวออนจำนวนมากเนื่องจากมีความหนาแน่นสูง

ในขณะเดียวกัน GPS จะใช้คลื่นวิทยุแบบดั้งเดิม ซึ่งมักจะอ่อนกว่าเมื่ออยู่ที่ระดับความสูงที่สูงขึ้น และอาจเกิดการกระเจิงได้ ทำให้มีความยากในการใช้งานเพื่อตรวจจับการเคลื่อนไหวใต้ดิน

ทานากะและเพื่อนร่วมงานของเขาใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติของรังสีคอสมิกในการทำแผนที่สถานที่ที่เข้าถึงได้ยาก เช่น ภูเขาไฟ แกนปฏิกรณ์นิวเคลียร์ และพีระมิด พวกเขาพัฒนาระบบการกำหนดตำแหน่งไร้สายใหม่โดยใช้มิวออนที่เรียกว่า MuWNS ระบบนี้ประกอบด้วยเครื่องตรวจจับอ้างอิงบนพื้นผิวและเครื่องตรวจจับตัวรับใต้ดินเพื่อตรวจจับเส้นทางมิวออน โดยการวิเคราะห์เวลาและทิศทางของมิวออน MuWNS จะกำหนดตำแหน่งสัมพันธ์ของเครื่องตรวจจับตัวรับใต้ดินเมื่อเทียบกับเครื่องตรวจจับอ้างอิงบนพื้นผิว

ข้อมูลทั้งหมดที่เก็บรวบรวมไว้จะช่วยสร้างเส้นทางของมิวออนขึ้นมาใหม่เพื่อสร้างแบบจำลองหรือแผนที่ของพื้นที่ใต้ดิน แผนที่สามารถให้ข้อมูลที่มีค่า เช่น องค์ประกอบและความหนาแน่นของวัสดุที่มิวออนเคลื่อนผ่าน ซึ่งช่วยให้ผู้เชี่ยวชาญสามารถมองเห็นโครงสร้างใต้ดินและลักษณะทางภูมิศาสตร์ได้

ทีมงานได้ทดสอบระบบ MuWNS ใหม่โดยการวางหุ่นยนต์รับสัญญาณไว้ในชั้นใต้ดินและวางเครื่องตรวจจับอ้างอิงสี่เครื่องไว้ที่ชั้นหกของอาคาร จากนั้นพวกเขาก็สามารถสร้างเส้นทางของผู้ขุดอุโมงค์ขึ้นมาใหม่ได้สำเร็จโดยการร่อนผ่านรังสีคอสมิกที่เครื่องตรวจจับได้ตรวจจับได้

ทีมผู้เชี่ยวชาญได้สาธิตระบบกำหนดตำแหน่งทั่วโลกโดยใช้รังสีคอสมิกระบบแรกของโลก ซึ่งสามารถรองรับภารกิจค้นหาและกู้ภัยและปฏิบัติการติดตามภูเขาไฟในอนาคตได้ ต่อไปพวกเขาวางแผนที่จะปรับปรุง MuWNS เพื่อให้สามารถรวมเข้ากับสมาร์ทโฟนได้

ทูเทา (ตาม หลักวิศวกรรมศาสตร์ที่น่าสนใจ )

ลิงค์ที่มา