ردیابی حرکات زیرزمین ممکن شد، اولین جی پی اس پرتوی کیهانی - وبلاگ پنجره

به گزارش وبلاگ پنجره، ایسنا نوشت: گروهی از دانشمندان با موفقیت اولین جی پی اس پرتوی کیهانی دنیا را برای تشخیص حرکت زیرزمینی و آتشفشان ها به نمایش گذاشتند که به طور بالقوه می تواند در ماموریت های جستجو و نجات آینده یاری کننده باشد.

پرتوهای کیهانی ذراتی پرانرژی هستند که از فضای بیرونی از منابعی مانند خورشید، کهکشان های دوردست، ابرنواخترها و دیگر اجرام آسمانی منشاء می گیرند.

اگرچه ما نمی توانیم مستقیماً پرتوهای کیهانی را ببینیم یا احساس کنیم، اما آنها دائماً زمین را از فضا بمباران می نمایند.

در واقع، این ذرات به قدری فراوان هستند که دانشمندان تخمین می زنند هر دقیقه یک پرتوی کیهانی به یک سانتی متر مربع از سطح زمین برخورد می نماید!

دانشمندان این پرتوهای کیهانی را مطالعه می نمایند تا در خصوص دنیا و نحوه تعامل ذرات پرانرژی بیاموزند.

با این حال، اکنون دانشمندان از پرتوهای کیهانی برای ابداع یک سیستم موقعیت یاب دنیای(GPS) برای ردیابی حرکات زیرزمینی استفاده نموده اند. این سیستم پیشگامانه قادر است دنیای واکنش به فجایع و بلایا را متحول کند.

این گروه پژوهشی به سرپرستی پروفسور هیرویوکی تاناکا از دانشگاه توکیو، یک سیستم ناوبری میومتریک بی سیم یا MuWNS را که یک تکنیک ناوبری بی سیم تازه است، توسعه داده اند.

استفاده از تشخیص میون برای توسعه سیستم های موقعیت یابی

هنگامی که پرتوهای کیهانی وارد جو زمین می شوند، با اتم ها و مولکول های موجود در هوا برخورد می نمایند و بارانی از ذرات ثانویه به نام میون(muon) فراوری می نمایند. میون ها ذرات زیراتمی بنیادی مانند الکترون هستند، اما وزن شان 207 برابر بیشتر از الکترون است.

میون ها می توانند به اجسام جامد نفوذ و از آنها عبور نمایند و مقدار نفوذ آن به چگالی ماده بستگی دارد. به عنوان مثال، سنگ ها و ساختمان ها به علت چگالی زیاد، میون های زیادی را جذب می نمایند.

در مقابل، جی پی اس(GPS) که متکی به امواج رادیویی است، در ارتفاعات بالاتر ضعیف تر است و به راحتی پراکنده می گردد. این امر تشخیص حرکت زیرزمینی با استفاده از سیگنال های جی پی اس را سخت می نماید.

تاناکا و گروهش از این خاصیت پرتوهای کیهانی برای نقشه برداری از فضای داخلی مکان های غیرقابل دسترس مانند آتشفشان ها، هسته راکتورهای هسته ای و اهرام مصر استفاده کردند.

MuWNS چگونه کار می نماید؟

تاناکا و همکارانش یک نسخه پیشین از MuWNS را به نام سیستم موقعیت یابی میومتریک(muPS) ساخته بودند. از muPS برای تشخیص تغییرات کف دریا با استفاده از میون استفاده شد که شامل چهار ایستگاه مرجع در سطح اقیانوس و یک ایستگاه گیرنده در کف اقیانوس بود.

اکنون سیستم MuWNS شامل قرار دادن آشکارسازهای مرجع روی سطح و یک آشکارساز گیرنده در زیر زمین برای تشخیص عبور میون ها است.

این سیستم با تجزیه و تحلیل زمان و جهت میون ها، موقعیت نسبی آشکارساز گیرنده در زیر زمین را در رابطه با آشکارسازهای مرجع روی سطح به شکل یک مثلث ردیابی می نماید.

آشکارسازهای مرجع و گیرنده با استفاده از ساعت های کوارتز با دقت بالا برای جلوگیری از اختلاف زمان و اطمینان از دقت در موقعیت یابی هماهنگ می شوند.

هنگامی که تمام داده ها جمع آوری شد، برای بازسازی مسیرهای میون ها برای ایجاد یک مدل یا نقشه از منطقه زیرزمینی استفاده می گردد. این نقشه می تواند اطلاعات ضروری، مانند ترکیب و چگالی موادی را که میون با آنها روبرو می گردد، فراهم کند، بنابراین امکان تجسم ساختارهای زیرزمینی و ویژگی های جغرافیایی را فراهم می نماید.

این گروه سیستم MuWNS خود را با قرار دادن آشکارساز گیرنده در زیرزمین یک ساختمان و قرار دادن چهار آشکارساز مرجع در طبقه ششم همان ساختمان آزمایش کردند.

پژوهشگران مسیر ناوبر زیرزمینی را با غربالگری پرتوهای کیهانی دریافت شده به وسیله آشکارسازها و گیرنده ها با موفقیت بازسازی کردند.

بنابراین این گروه اولین جی پی اس پرتوی کیهانی را به نمایش گذاشت که می تواند در ماموریت های جستجو و نجات آینده یاری نماینده باشد و بعلاوه برای نظارت بر آتشفشان ها استفاده گردد.

گام بعدی آنها ساده سازی MuWNS برای گنجاندن آن در تلفن های هوشمند است.

پروفسور تاناکا می گوید: مقدار آشکارساز گیرنده در مقیاس یک تراشه خواهد شد. ما به همگام سازی دقیق زمان احتیاج نداریم، بنابراین ساعت اتمی دیگر مورد احتیاج نیست و قطعاً می توان این سیستم را در تلفن های هوشمند قرار داد.

5858