Un nuevo estudio sugiere que los rayos cósmicos pueden ofrecer a los cientÃficos otra forma de rastrear y estudiar tornados violentos y otros fenómenos meteorológicos severos.
Al combinar datos meteorológicos locales con complejas simulaciones astrofÃsicas, los investigadores exploraron si un dispositivo que normalmente detecta partÃculas de alta energÃa llamadas muones podrÃa usarse para medir de forma remota las tormentas supercelulares que producen tornados.
La instrumentación convencional para rastrear tornados se basa en mediciones realizadas con tecnologÃas como drones o globos meteorológicos, pero esos métodos a menudo requieren que los humanos se acerquen peligrosamente a la trayectoria de una tormenta que se aproxima.
Sin embargo, al estudiar cómo estas tormentas afectan a los muones, que son más pesados que los electrones y viajan a través de la materia casi a la velocidad de la luz, estos hallazgos pueden actuar como otra herramienta para que los cientÃficos obtengan una imagen más precisa de las condiciones climáticas subyacentes.
"Lo que pasa con los muones atmosféricos es que son sensibles a las propiedades de la atmósfera por la que viajan", dijo en un comunicado William Luszczak, autor principal del estudio y miembro del Centro de CosmologÃa y FÃsica de AstropartÃculas de la Universidad Estatal de Ohio.
"Si tienes un grupo de muones que viajaron a través de una tormenta eléctrica, la cantidad que vas a medir en el otro lado es diferente a la de un conjunto de muones que viajaron a través de un dÃa bonito".
El estudio está publicado en el servidor de preimpresión arXiv.
En comparación con otras partÃculas cósmicas, los muones tienen muchas aplicaciones únicas en el mundo real, incluida la ayuda a los cientÃficos para observar el interior de objetos grandes y densos como las pirámides o detectar material nuclear peligroso. Ahora, las simulaciones de Luszczak en este artÃculo implican que las tormentas eléctricas supercelulares causan cambios muy leves en el número, la dirección y la intensidad de estas partÃculas.
Para determinar esto, los investigadores aplicaron un modelo de nubes tridimensional que podrÃa dar cuenta de múltiples variables, incluido el viento, la temperatura potencial, la lluvia, la nieve y el granizo. Luego, utilizando las observaciones atmosféricas obtenidas de la supercélula de 2011 que pasó por El Reno, Oklahoma, y generó un brote de tornados, Luszczak aplicó esa información para medir las variaciones en la presión del aire en la región alrededor de una tormenta simulada en el lapso de una hora.
En general, sus resultados encontraron que los muones se ven efectivamente afectados por el campo de presión dentro de los tornados, aunque se necesita más investigación para aprender más sobre el proceso.
En términos de cómo de bien podrÃa funcionar en el campo, el concepto es especialmente atractivo, ya que utilizar muones para predecir y analizar patrones climáticos futuros también significarÃa que los cientÃficos no necesariamente tendrÃan que tratar de colocar instrumentos muy cerca de un tornado para obtener estas mediciones de presión, dijo Luszczak.
EL TAMAÑO DEL DETECTOR IMPORTA
Aún asÃ, el tipo de detector de partÃculas de muones que el artÃculo de Luszczak considera es mucho más pequeño que otros proyectos de rayos cósmicos más conocidos, como el Observatorio Pierre Auger en Argentina y el Telescope Array de la Universidad de Utah.
Desafortunadamente, estos detectores no se encuentran en lugares donde se puedan estudiar tornados, dijo Luszczak, pero si se colocan en una región como Tornado Alley en los Estados Unidos, los investigadores imaginan que el dispositivo podrÃa complementar fácilmente las mediciones meteorológicas y barométricas tÃpicas para la actividad de tornados.
Dicho esto, el tamaño del dispositivo también influye en la precisión de sus mediciones, ya que al aumentar su tamaño se mejora la cantidad de partÃculas que puede detectar, dijo Luszczak.
El detector más pequeño que los investigadores describen en este artÃculo tiene 50 metros de ancho, o aproximadamente el tamaño de cinco autobuses. Pero si bien una herramienta de este tipo serÃa lo suficientemente portátil como para garantizar que los cientÃficos pudieran colocarla cerca de muchos tipos diferentes de sistemas de tormentas, al ser tan pequeña probablemente enfrentarÃa algunos errores en la recopilación de datos, dijo Luszczak.
A pesar de estos posibles contratiempos, como las tormentas supercelulares suelen formarse y desaparecer en perÃodos cortos, el artÃculo destaca que puede que valga la pena que los cientÃficos del futuro consideren la posibilidad de implementar un gran detector en algunas regiones, que probablemente serÃa un establecimiento estacionario permanente para captar la mayor cantidad posible de muones durante fenómenos meteorológicos severos.
Más importante aún, debido a que los sistemas actuales de modelado meteorológico están directamente vinculados a cuándo y dónde se emiten las alertas de clima severo, el uso de rayos cósmicos para reforzar esos modelos darÃa al público una idea más detallada de los diversos giros y vueltas de una tormenta, asà como más tiempo para prepararse para el fenómeno.
"Al tener mejores mediciones de la atmósfera que rodea a un tornado, nuestro modelado mejora, lo que a su vez mejora la precisión de nuestras advertencias", dijo Luszczak. "Este concepto es muy prometedor y es una idea realmente emocionante para intentar poner en práctica".
