Das weltweit erste GPS-System nutzt kosmische Strahlung

Wissenschaftler entwickeln ein globales Positionierungssystem, das mithilfe starker kosmischer Strahlung unterirdische Bewegungen verfolgen kann.

Illustration der kosmischen Strahlung, die aus dem Weltraum auf die Erde trifft. Foto: Shutterstock

Kosmische Strahlung besteht aus hochenergetischen Teilchen, die aus dem Weltraum stammen, beispielsweise von der Sonne, fernen Galaxien, Supernovas und anderen Himmelskörpern. Obwohl der Mensch kosmische Strahlung weder direkt sehen noch spüren kann, bombardiert sie die Erde ständig aus dem Weltraum. Sie ist sogar so häufig, dass Wissenschaftler schätzen, dass jede Minute ein kosmischer Strahl einen Quadratzentimeter der Erdoberfläche trifft.

Ein Forschungsteam um Professor Hiroyuki Tanaka von der Universität Tokio nutzte kosmische Strahlung, um ein GPS-System zu entwickeln, das Bewegungen im Untergrund verfolgen kann, berichtete Interesting Engineering am 18. Juni. Die neue Forschungsarbeit wurde in der Fachzeitschrift iScience veröffentlicht.

Wenn kosmische Strahlung in die Erdatmosphäre eindringt, kollidiert sie mit Molekülen und Atomen in der Luft und erzeugt so sekundäre Teilchen, sogenannte Myonen. Myonen sind fundamentale subatomare Teilchen, die Elektronen ähneln, aber 207-mal schwerer sind. Myonen können feste Objekte durchdringen, abhängig von deren Dichte. Beispielsweise absorbieren Gesteine und Gebäude aufgrund ihrer hohen Dichte viele Myonen.

GPS hingegen basiert auf herkömmlichen Radiowellen, die in größeren Höhen schwächer sind und zur Streuung neigen, was die Erkennung von Bewegungen unter der Erde erschwert.

Tanaka und seine Kollegen nutzten die Eigenschaften der kosmischen Strahlung, um schwer zugängliche Orte wie Vulkane, Kernreaktorkerne und Pyramiden zu kartieren. Sie entwickelten ein neues drahtloses Myonen-Ortungssystem namens MuWNS. Das System besteht aus Referenzdetektoren an der Oberfläche und einem unterirdischen Empfangsdetektor zur Erfassung der Myonenbahn. Durch die Analyse von Zeitpunkt und Richtung der Myonen bestimmt MuWNS die Position des unterirdischen Empfangsdetektors relativ zum Referenzdetektor an der Oberfläche.

Die gesammelten Daten werden anschließend genutzt, um die Myonenbahnen zu rekonstruieren und ein Modell oder eine Karte des unterirdischen Gebiets zu erstellen. Die Karte kann wertvolle Informationen liefern, beispielsweise über die Zusammensetzung und Dichte der Materialien, die die Myonen durchdringen. So können Experten unterirdische Strukturen und geologische Merkmale visualisieren.

Das Team testete das neue MuWNS-System, indem es einen Empfangsroboter in einem Keller und vier Referenzdetektoren im sechsten Stock eines Gebäudes platzierte. Anschließend rekonstruierten sie erfolgreich den Weg der Person im Keller, indem sie die von den Detektoren erfassten kosmischen Strahlen filterten.

Das Team hat das weltweit erste auf kosmischer Strahlung basierende globale Positionierungssystem vorgestellt, das zukünftige Such- und Rettungsmissionen sowie die Vulkanüberwachung unterstützen könnte. Als nächstes planen sie, MuWNS so zu verbessern, dass es in Smartphones integriert werden kann.

Thu Thao (Laut Interesting Engineering )

Quellenlink: https://vnexpress.net/nhat-ban-dung-tia-vu-tru-theo-doi-chuyen-dong-trong-long-dat-4618863.html