كشفت دراسة لباحثين في جامعة ولاية أوهايو أن الأشعة الكونية يمكن أن توفر للعلماء وسيلة أخرى لتتبع ودراسة الأعاصير العنيفة والظواهر الجوية الشديدة و من خلال دمج بيانات الطقس المحلية مع محاكاة فيزياء الفضاء المعقدة، استكشف الباحثون إمكانية استخدام جهاز يكتشف عادةً الجزيئات عالية الطاقة المسماة بالميونات لقياس العواصف الرعدية الخارقة المنتجة للأعاصير عن بُعد.
تتبع الأعاصير باستخدام الأشعة الكونية
تعتمد أدوات تتبع الأعاصير التقليدية على قياسات تقوم بها تقنيات مثل الطائرات بدون طيار أو بالونات الطقس، ولكن هذه الأساليب غالبًا ما تتطلب من البشر الاقتراب بشكل خطير من مسار العاصفة القادمة و لكن من خلال دراسة كيفية تأثير هذه العواصف على الميونات، وهي أثقل من الإلكترونات وتسافر عبر المادة بسرعة تقارب سرعة الضوء، يمكن أن تعمل هذه النتائج كأداة إضافية للعلماء للحصول على صورة أكثر دقة للظروف الجوية الأساسية.
قال ويليام لوسزك، المؤلف الرئيسي للدراسة وزميل في مركز علم الكونيات وجسيمات الفضاء بجامعة ولاية أوهايو: "إن الميزة في الميونات الجوية هي أنها حساسة لخصائص الغلاف الجوي الذي تسافر من خلاله". وأضاف: "إذا كانت لديك مجموعة من الميونات التي سافرت عبر عاصفة رعدية، فإن الكمية التي ستقيسها على الجانب الآخر ستكون مختلفة عن مجموعة من الميونات التي سافرت عبر يوم صافٍ."
فوائد الميونات في التنبؤ بالعواصف الشديدة
بالمقارنة مع الجسيمات الكونية الأخرى، تمتلك الميونات تطبيقات واقعية فريدة، بما في ذلك مساعدة العلماء على النظر داخل الأجسام الكبيرة والكثيفة مثل الأهرامات أو اكتشاف المواد النووية الخطرة. الآن، تشير محاكاة لوسزك في هذه الورقة إلى أن العواصف الرعدية الخارقة تسبب تغييرات طفيفة جدًا في عدد واتجاه وشدة هذه الجسيمات.
محاكاة العواصف الرعدية الخارقة
لتحديد ذلك طبق الباحثون نموذج سحابة ثلاثي الأبعاد يمكنه حساب متغيرات متعددة، بما في ذلك الرياح ودرجة الحرارة المحتملة والمطر والثلج والبرد ثم باستخدام ملاحظات الغلاف الجوي التي جُمعت من العاصفة الخارقة التي مرت عبر إل رينو، أوكلاهوما، في عام 2011 وتسببت في اندلاع إعصار، طبق لوسزك هذه المعلومات لقياس التغيرات في ضغط الهواء في المنطقة المحيطة بعاصفة محاكية على مدى ساعة.
الأشعة الكونية.. أداة مبتكرة لدراسة الأعاصير والعواصف الشديدة
تأثير الميونات على قياسات الطقس
بشكل عام، وجدت نتائجهم أن الميونات تتأثر بالفعل بحقل الضغط داخل الأعاصير، على الرغم من الحاجة إلى مزيد من الأبحاث لفهم المزيد عن العملية. وقال لوسزك إنه من حيث مدى فعالية ذلك في الميدان، فإن المفهوم جذاب بشكل خاص، حيث يعني استخدام الميونات للتنبؤ وتحليل أنماط الطقس المستقبلية أن العلماء لن يضطروا بالضرورة إلى محاولة وضع الأجهزة بالقرب من الإعصار للحصول على هذه القياسات.
تطبيقات مستقبلية للأشعة الكونية
ومع ذلك، فإن نوع كاشف جزيئات الميون الذي تناقشه ورقة لوسزك أصغر بكثير من مشاريع الأشعة الكونية الأكثر شهرة، مثل مرصد بيير أوغر في الأرجنتين وتلسكوب جامعة يوتا. ولكن، إذا تم وضع هذه الكواشف في منطقة مثل ممر الأعاصير في الولايات المتحدة، يتصور الباحثون أن الجهاز يمكن أن يكمل بسهولة القياسات المترولوجية والبارومترية التقليدية للنشاط الإعصاري.
تحسين دقة الإنذارات الجوية
على الرغم من هذه الانتكاسات المحتملة، يشير لوسزك إلى أن استخدام كاشفات الميون على نطاق أوسع يمكن أن يعزز دقة نماذج الطقس الحالية ، وبما أن نظم التنبؤ بالطقس الحالية مرتبطة مباشرة بتوقيت ومكان إصدار التحذيرات الجوية، فإن استخدام الأشعة الكونية لتعزيز تلك النماذج يمكن أن يمنح الجمهور فهمًا أكثر تفصيلاً لتطورات العاصفة وإتاحة المزيد من الوقت للاستعداد لها.
من خلال الحصول على قياسات أفضل للغلاف الجوي المحيط بالإعصار، تتحسن نماذجنا، مما يحسن دقة تحذيراتنا"، قال لوسزك. "هذا المفهوم يحمل الكثير من الوعد، وهو فكرة مثيرة حقًا لمحاولة تطبيقها.
