Por primera vez, las partículas de muones de alta energía generadas en la atmósfera han hecho posible que los investigadores examinen las estructuras de las tormentas de una manera que los métodos de visualización convencionales, como las imágenes satelitales, no pueden. El nivel de detalle de este nuevo método podría ayudar a los investigadores a simular tormentas y los efectos meteorológicos asociados. Esto también podría resultar en sistemas de alerta más tempranos que sean más precisos.
Es difícil pasar por alto los muchos informes de noticias sobre tormentas severas que han ocurrido en varias regiones del mundo y que a menudo se atribuyen al cambio climático. Aunque el pronóstico del tiempo y los sistemas de alerta temprana siempre han sido importantes, el aumento actual en la actividad de las tormentas parece hacerlos especialmente importantes. Un equipo de científicos dirigido por el profesor Hiroyuki Tanaka de Muographix en la Universidad de Tokio ha desarrollado un método novedoso para identificar y analizar los ciclones tropicales mediante el uso de una peculiaridad de la física de partículas que se produce sobre nuestras cabezas todo el tiempo.
Las áreas más rojas son aire caliente a baja presión y las áreas verdes son aire más frío a alta presión. El ciclón de esta imagen tiene unos 15 kilómetros de altura. Un dibujo lineal que se aproxima a la forma se superpone a los datos de visualización.
“Probablemente hayas visto fotografías de ciclones tomadas desde arriba, que muestran remolinos de nubes. Pero dudo que alguna vez hayas visto un ciclón desde un lado, tal vez como un gráfico de computadora, pero nunca como datos de sensores reales capturados”, dijo Tanaka. “Lo que ofrecemos al mundo es la capacidad de hacer precisamente esto, visualizar fenómenos meteorológicos a gran escala como los ciclones desde una perspectiva 3D y también en tiempo real. Hacemos esto utilizando una técnica llamada muografía, que se puede considerar como una radiografía, pero para ver el interior de cosas realmente enormes”.
Muography produce fotografías de rayos X de objetos grandes como volcanes, pirámides, masas de agua y, por primera vez, sistemas meteorológicos atmosféricos. Los centelleadores son sensores especiales que se conectan entre sí para formar una cuadrícula, similar a los píxeles del sensor de la cámara de su teléfono inteligente. Estos centelladores, sin embargo, no ven luz óptica. Ven muones, que se producen en la atmósfera cuando los rayos cósmicos del espacio profundo chocan con los átomos.
Estos son los sensores utilizados para detectar las partículas de muones que interactúan débilmente. Cada sensor de centelleo es extremadamente denso para maximizar las posibilidades de que un muón interactúe con él. Dispuestos en una cuadrícula, los sensores pueden formar una imagen cruda de cualquier cosa por la que hayan pasado los muones para llegar al sensor.
Los muones son especiales porque atraviesan la materia fácilmente sin dispersarse tanto como otros tipos de partículas. Pero la pequeña cantidad que se desvían cuando pasan a través de materia sólida, líquida o incluso gaseosa puede revelar detalles de su viaje entre la atmósfera y los sensores. Al capturar una gran cantidad de muones que pasan a través de algo, se puede reconstruir una imagen de ello.
“Tomamos imágenes con éxito del perfil vertical de un ciclón, y esto reveló variaciones de densidad esenciales para comprender cómo funcionan los ciclones”, dijo Tanaka. “Las imágenes muestran secciones transversales del ciclón que pasó por la prefectura de Kagoshima en el oeste de Japón. Me sorprendió ver claramente que tenía un núcleo cálido de baja densidad que contrastaba dramáticamente con el exterior frío de alta presión. No hay absolutamente ninguna forma de capturar tales datos con sensores de presión tradicionales y fotografía”.
El detector que utilizaron los investigadores tiene un ángulo de visión de 90 grados, pero Tanaka prevé combinar sensores similares para crear estaciones de observación hemisféricas y, por lo tanto, omnidireccionales, que podrían colocarse a lo largo de la costa. Estos podrían potencialmente ver ciclones a una distancia de hasta 300 kilómetros. Aunque los satélites ya rastrean estas tormentas, el detalle adicional que ofrece la muografía podría mejorar las predicciones sobre las tormentas que se aproximan.
“Uno de los próximos pasos para nosotros ahora será refinar esta técnica para detectar y visualizar tormentas en diferentes escalas”, dijo Tanaka. «Esto podría significar un mejor modelado y predicción no solo para sistemas de tormentas más grandes, sino también para más condiciones climáticas locales».
