Kosmische Strahlung: Neues Instrument zur Untersuchung von Tornados und zur Verbesserung der Vorhersage und Warnung!

Die Wissenschaftler analysieren den Fluss der Myonen als mögliches neues Instrument für Meteorologen bei der Vorhersage und Warnung vor Tornados und Superstürmen.

Kosmische Strahlung: neues Instrument zur Erforschung von Tornados, zur Verbesserung von Vorhersagen und Unwetterwarnungen.

In einem neuen Forschungspapier, das auf dem Open-Access-Server arXiv veröffentlicht wurde, bestätigt eine Gruppe von Physikern, dass die Technik der Suche nach kosmischen Teilchen auf der Erde von großem Wert ist und für die Untersuchung schwerer Stürme als mögliches neues Instrument für deren Prognose, Überwachung und Verbesserung der Warnungen eingesetzt werden könnte.

Kosmische Strahlung, die Meteorologen helfen könnte

Myonen sind kosmische Teilchen , die auf der Erde viele wichtige Anwendungen haben, zum Beispiel helfen sie den Wissenschaftlern, das Innere von dichten und großen Objekten (wie Pyramiden) zu beobachten, und sie erlauben ihnen sogar, gefährliches Kernmaterial aufzuspüren.

Myonen sind schwerer als Elektronen und bewegen sich fast mit Lichtgeschwindigkeit durch die Materie.

Diese Teilchen sind empfindlich gegenüber den Eigenschaften der Atmosphäre, durch die sie sich bewegen. Motiviert durch dieses wichtige Konzept hat der Wissenschaftler William Luszcza , Mitglied des Zentrums für Kosmologie und Physik der Astroteilchen der Ohio State University, zusammen mit seinem Team vor kurzem eine Forschungsarbeit veröffentlicht, die sich mit der Frage befasst, wie superzelluläre schwere Stürme, die das Potenzial zur Entstehung von Tornados haben, den Fluss der atmosphärischen Myonen beeinflussen.

Bei einer Gruppe von Myonen, die durch einen schweren Sturm gereist ist, ist die Menge, die man auf der anderen Seite misst, eine andere als bei einer Gruppe von Myonen, die an einem Tag mit gutem Wetter gereist ist, so Luszcza.

Kosmische Strahlung könnte Wissenschaftlern eine neue Möglichkeit bieten, heftige Tornados und andere Unwetterphänomene zu verfolgen und zu untersuchen, wie diese neue Studie nahelegt.

Sie analysieren atmosphärische Myonen als Hilfsmittel für die Vorhersage von Unwetterkatastrophen

Derzeit werden konventionelle Messungen, der Start von Wetterballons und Drohnenflüge eingesetzt, um Tornados zu überwachen und zu verfolgen. Diese Technologien erfordern, dass Menschen gefährlich nahe an die Flugbahn eines Sturms herankommen.

Sie analysieren atmosphärische Myonen als Hilfsmittel für die Vorhersage von schweren Tornados.

Wenn man jedoch untersucht , wie diese Stürme die Myonen beeinflussen, könnte dies ein sehr gutes ergänzendes Instrument für Wissenschaftler sein, um genauere Informationen über die atmosphärischen Bedingungen der Umgebung zu erhalten.

Durch die Kombination lokaler meteorologischer Daten mit komplexen astrophysikalischen Simulationen untersuchten die Forscher, ob ein Gerät, das normalerweise diese hochenergetischen Teilchen aufspürt, zur Fernmessung der superzellulären Gewitter, die Tornados erzeugen, verwendet werden könnte.

Für die Studie verwendeten die Forscher ein dreidimensionales Wolkenmodell , das mehrere Variablen wie Wind, potenzielle Temperatur, Regen, Schnee und Hagel berücksichtigen konnte. Dann nutzten sie die atmosphärischen Beobachtungen der Superzelle von 2011, die über El Reno, Oklahoma, hinwegzog und einen Tornadoausbruch verursachte.

Die Simulationen von Luszczak und seiner Gruppe deuten laut dem Artikel darauf hin, dass superzelluläre Stürme nur sehr geringe Veränderungen in der Menge, Richtung und Intensität dieser Partikel verursachen.

Luszczak nutzte diese Informationen, um die Schwankungen des Luftdrucks in der Region um einen simulierten Sturm innerhalb einer Stunde zu messen. Im Allgemeinen zeigten ihre Ergebnisse, dass die Myonen tatsächlich durch das Druckfeld innerhalb der Tornados beeinflusst werden, auch wenn weitere Forschung erforderlich ist, um mehr über den Prozess zu erfahren.

Fortschritte in der Forschung mit Myonen

Die Idee, atmosphärische Myonenmessungen zur Vorhersage und Analyse meteorologischer Muster zu nutzen, ist attraktiv. Es wäre ein großer Fortschritt, wenn "Wissenschaftler nicht unbedingt versuchen müssten, Instrumente sehr nahe an einem Tornado zu platzieren, um die notwendigen Druckmessungen zu erhalten", so Luszczak.

Die Größe des Geräts beeinflusst auch die Genauigkeit der Messungen, denn je größer es ist, desto mehr Teilchen kann es aufspüren. Die Art von Myonteilchendetektor, die Luszczak in seinem Artikel betrachtet, ist viel kleiner als andere bekanntere Projekte zur kosmischen Strahlung, wie das Pierre-Auger-Observatorium in Argentinien und das Teleskop-Array der Universität von Utah.

Kosmische Strahlung als neues Instrument zur Untersuchung von Tornados, zur Verbesserung der Vorhersagen und zur Warnung vor schweren Stürmen — Die kosmische Strahlung interagiert in der oberen Atmosphäre und sekundäre Myonen breiten sich durch einen superzellulären Sturm aus. Auf der gegenüberliegenden Seite des Sturms befindet sich ein Myonendetektor, mit dem die Auswirkung des Druckfelds des Sturms auf den Fluss der atmosphärischen Myonen berechnet wird. Credits der schematischen Darstellung (nicht maßstabsgetreu): William Luszczak und Leigh Orf.

Würden Detektoren dieser Art beispielsweise in der Tornado Alley in den Vereinigten Staaten aufgestellt, könnte das Gerät nach Ansicht der Forscher die für die Tornadoaktivität typischen meteorologischen und barometrischen Messungen problemlos ergänzen.

In dem Bericht wird hervorgehoben, dass es für künftige Wissenschaftler sinnvoll sein könnte, den Einsatz eines großen Detektors in einigen Regionen mit hoher Tornadoaktivität in Erwägung zu ziehen, da sich superzelluläre Stürme normalerweise in kurzen Zeiträumen bilden, entwickeln und wieder verschwinden.

Mit einer permanenten stationären Anlage könnten bei Unwettern so viele Myonen wie möglich aufgefangen werden.

Der kleinste von den Forschern in diesem Artikel beschriebene Detektor hat einen Durchmesser von 50 Metern. Er wäre zwar tragbar genug, um sicherzustellen, dass die Wissenschaftler ihn in der Nähe verschiedener Sturmsysteme aufstellen können, aber seine geringe Größe würde wahrscheinlich einige Fehler bei der Datenerfassungverursachen , so Luszczak.

Variation des atmosphärischen Myonenflusses in Tornado-Zonen — Gefilterte Karten des Flusses der atmosphärischen Myonen, die für 50 m2 (links) und 100 m2 (rechts) entdeckt wurden. In der Region, in der der Tornado auftrat, ist ein hoher Fluss atmosphärischer Myonen zu beobachten, allerdings ist der Effekt im Vergleich zum Fall von 1000 m2 deutlich geringer, so die Autoren. Credits: William Luszczak und Leigh Orf.

"Durch bessere Messungen der Atmosphäre um einen Tornado herum können wir unsere Modelle verbessern, was wiederum die Genauigkeit unserer Warnungen erhöht", so Luszczak. sagte Luszczak. "Dieses Konzept ist sehr vielversprechend und eine wirklich spannende Idee, die wir in die Praxis umsetzen wollen.

Da die derzeitigen Wettermodellierungssysteme direkt damit verknüpft sind, wann und wo Unwetterwarnungen ausgegeben werden, würde die Nutzung der kosmischen Strahlung zur Stärkung dieser Modelle der Gesellschaft eine detailliertere Vorstellung vom Verhalten eines Sturms und vor allem mehr Zeit zur Vorbereitung auf das Eintreffen des extremen Phänomens geben.

Quellenhinweis:

William Luszczak and Leigh Orf. "The Effect of Tornadic Supercell Thunderstorms on the Atmospheric Muon Flux". Published in arXiv.