В Национальном исследовательском ядерном университете МИФИ предложили новый подход к прогнозированию опасных погодных явлений, основанный на регистрации потоков элементарных частиц, рождающихся в атмосфере под действием космического излучения. Учёные используют мюоны — нестабильные частицы, образующиеся на высоте 15–20 километров, — в качестве природных зондов, чутко реагирующих на изменения температуры, плотности и влажности воздуха. Созданная в университете установка УРАГАН (Установка для РАспознавания Грозовых Аномалий), включающая четыре прецизионных трековых детектора общей площадью около 45 квадратных метров, позволяет в реальном времени фиксировать каждый мюон и строить так называемые мюонограммы — своего рода «рентгеновские снимки» атмосферы, проецируемые на высоту генерации частиц.
Профессор научно-образовательного центра НЕВОД НИЯУ МИФИ Игорь Яшин поясняет, что изменение состояния атмосферы напрямую сказывается на количестве мюонов, достигающих поверхности. При понижении температуры атмосферный слой уплотняется, зона рождения частиц смещается ниже, и детекторы регистрируют больше мюонов. При нагревании, напротив, слой генерации поднимается, частицам приходится преодолевать большее расстояние, и их поток ослабевает. Особый интерес для исследователей представляют грозовые процессы. Мощная конвекция и турбулентный вынос влажного воздуха в верхние слои формируют в тучах обширные массивы замороженной воды, которые действуют как экран, рассеивающий мюонный поток. Изменения при этом невелики, но, как отмечает Игорь Яшин, вполне измеримы.
На основе этих данных учёные строят мюонограммы, позволяющие контролировать состояние воздушного слоя над площадью до 10 тысяч квадратных километров в московском регионе. По словам профессора Яшина, ключевое преимущество метода заключается в возможности оценивать водный запас в грозовых облаках: чем больше воды в турбулентных зонах, тем меньше мюонов через них проходит. Разработанные в МИФИ методы азимутального сканирования дают возможность выделять секторы, с которых приходит максимальная модуляция потока частиц, и фиксировать зоны дефицита, коррелирующие с развитием ураганов и торнадо.
Задача исследователей, подчёркивает Игорь Яшин, не в том, чтобы предсказывать температуру на ближайшие дни, а в том, чтобы создать инструмент, который позволит заблаговременно обнаруживать приближение катастрофических явлений. Перспективным направлением учёные считают создание сети мюонных годоскопов — например, по линии Дубна—Протвино. Такая конфигурация даст возможность строить объёмную пространственную картину движения атмосферных фронтов. Помимо мониторинга погоды, методика может применяться для оценки рисков в околоземном пространстве: мюонные потоки чувствительны к корональным выбросам массы на Солнце и способны служить ранним индикатором магнитных бурь, представляющих угрозу для спутников и пилотируемых миссий. В настоящее время учёные МИФИ сопоставляют мюонограммы с данными доплеровских радаров и метеорологических станций, чтобы довести разработку до уровня готовой технологии для служб экстренного реагирования.
