يمكن لنظام “GPS” للأشعة الكونية الذي يتتبع الحركة تحت الأرض أن يغير طريقة استجابتنا للكوارث
استغل العلماء المنتجات الثانوية لـ الأشعة الكونية لإنشاء أول نظام “GPS” في العالم يعمل تحت الأرض – ويمكن استخدامه لرصد البراكين والمساعدة في مهام البحث والإنقاذ المستقبلية.
يقوم نظام تحديد المواقع الجديد ، المسمى نظام الملاحة اللاسلكية ميومتري (MuWNS) ، بمسح الجسيمات دون الذرية الشبحية وفائقة السرعة التي تسمى الميونات لتثليث موضع جهاز الاستقبال المدفون في أعماق الأرض.
علاوة على ذلك ، يقول الباحثون إن التكنولوجيا يمكن تصغيرها لتناسب الأجهزة الداخلية مثل الهواتف الذكية. نشروا النتائج التي توصلوا إليها في 15 يونيو في مجلة iScience.
متعلق ب: تكشف الأشعة الكونية عن ممر “مخفي” يبلغ طوله 30 قدمًا في الهرم الأكبر في مصر
“يمكن أن تخدم أنظمة الملاحة الداخلية العديد من الأغراض العملية ، بما في ذلك أنظمة توجيه الملاحة الخاصة بالنقل البشري ، وتحديد موقع الشخص المفقود من أجل الإنقاذ في حالات الطوارئ والتشغيل الآلي للروبوت في المصانع وكذلك التنقل عبر المناجم والمرافق تحت الأرض” ، المؤلف الأول هيرويوكي تاناكا، أستاذ الجيوفيزياء بجامعة طوكيو لـ Live Science. “ومع ذلك ، فإن نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) غير متاح في هذه البيئات. إشارات GPS ضعيفة ويمكن حظرها بسهولة بواسطة عائق صغير.”
عندما تصطدم الأشعة الكونية – وهي جسيمات عالية الطاقة تنتجها الشمس ، وانفجارات نجمية تسمى المستعرات الأعظمية ومصادر غامضة خارج مجرتنا درب التبانة – في الغلاف الجوي العلوي للأرض ، فإنها تنفجر في زخات من الجسيمات التي تتحلل في النهاية إلى ميونات. تشبه الإلكترونات في بنيتها ولكنها أثقل 207 مرة ، ما يقرب من مليون ميونات انطلقوا عبر أجسامنا دون أن يتسبب ذلك في ضرر يقترب من سرعة الضوء كل ليلة.
على عكس نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ، وهو أضعف في الارتفاعات العالية ويتدافع تحت الأرض ، فإن بعض الميونات فقط تتوقف عن طريق الأجسام الصلبة – التي تمتص المزيد منها كلما زادت صلابة. وقد مكّن هذا العلماء من تسخير هطول الأمطار الكونية المستمر لرسم خرائط داخلية للأماكن التي يتعذر الوصول إليها بطريقة أخرى ، مثل الأهراماتوالبراكين والقلوب النارية للمفاعلات النووية.
تم إنشاء إصدار سابق من MuWNS ، يسمى نظام تحديد المواقع ميومتري (muPS) ، من قبل الباحثين لاكتشاف التغيرات في قاع البحر الناتجة عن النشاط التكتوني أو البركاني. يشبه إلى حد كبير نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) مع الأقمار الصناعية في السماء ، تتكون muPS من أربع محطات مرجعية على مستوى السطح تمر خلالها الميونات قبل الوصول إلى محطة استقبال في قاع المحيط.
لمراعاة وقت انتقال الميونات بين المحطات المرجعية والمستقبل ، قام الباحثون بتوصيل الكاشفات الخمسة بالأسلاك حتى يتمكنوا من إيصال فارق التوقيت بينهم.
للابتعاد عن الأسلاك المرهقة ، توصل الباحثون إلى حل جديد للتأخر الزمني باستخدام ساعات كوارتز عالية الدقة ، ومزامنة المحطات المرجعية مع جهاز الاستقبال مع نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) قبل نقلها تحت الأرض.
قال تاناكا: “إن كاشف المستقبل والكاشفات المرجعية متصلان أولاً بنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) للمزامنة”. “يتم فصل هذه الكواشف في النهاية عن نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) للملاحة. تم تجهيز كل كاشف بساعة محلية دقيقة – في هذه الحالة ، مذبذب بلوري يتم التحكم فيه بالفرن – والذي لا ينجرف على نطاق واسع خلال فترة قصيرة [period of time]. لذلك ، تتم مزامنتها عمليًا لفترة من الوقت “.
بعد ذلك ، لاختبار قدرة نظامهم على التثليث ، وضع الباحثون أربعة كاشفات مرجعية في الطابق السادس من المبنى وأعطوا جهاز استقبال لفرد في الطابق السفلي من المبنى. من خلال المسح بحثًا عن الأشعة الكونية التي التقطتها أجهزة الكشف وجهاز الاستقبال ، أعاد الباحثون بناء المسار الذي سلكه ملاح الطابق السفلي.
مع إظهار التكنولوجيا الجديدة بنجاح ، ستكون الخطوات التالية هي تبسيطها بحيث يمكن دمجها في الهواتف الذكية.
قال تاناكا: “سيكون حجم كاشف المستقبل عبارة عن مقياس رقاقة”. “لسنا بحاجة إلى مزامنة زمنية دقيقة أيضًا ؛ وبالتالي لم تعد هناك حاجة إلى الساعة الذرية. لذلك ، من الممكن بالتأكيد ملاءمة [in] الهواتف الذكية.”
