세계 최초 'GPS' 시스템, 우주선 이용

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과학자들은 강력한 우주선을 이용해 지하의 움직임을 추적할 수 있는 GPS(위성항법시스템)를 개발했습니다.

우주에서 지구로 떨어지는 우주선을 묘사한 그림. 사진: Shutterstock — 우주에서 지구로 떨어지는 우주선을 묘사한 그림. 사진: *Shutterstock*

우주선(cosmic ray)은 태양, 먼 은하, 초신성, 그리고 다른 천체 등 우주 공간에서 발생하는 고에너지 입자입니다. 인간은 우주선을 직접 보거나 느낄 수 없지만, 우주 공간에서 끊임없이 지구를 폭격하고 있습니다. 실제로 우주선은 매우 풍부하여 과학자들은 1분마다 지구 표면 1제곱센티미터에 한 개의 우주선이 충돌한다고 추정합니다.

도쿄 대학의 타나카 히로유키 교수가 이끄는 연구팀은 우주선을 사용하여 지하에서의 움직임을 추적할 수 있는 GPS(Global Positioning System)를 개발했다고 Interesting Engineering이 6월 18일에 보도했습니다. 이 새로운 연구는 저널 iScience에 게재되었습니다.

우주선이 지구 대기에 진입하면 공기 중의 분자 및 원자와 충돌하여 뮤온이라는 2차 입자를 생성합니다. 뮤온은 전자와 유사하지만 207배 더 무거운 기본 아원자 입자입니다. 뮤온은 물체의 밀도에 따라 고체를 관통할 수 있습니다. 예를 들어, 암석과 건물은 높은 밀도 때문에 많은 뮤온을 흡수합니다.

반면 GPS는 기존의 전파를 사용하는데, 이 전파는 고도가 높아질수록 약해지고 산란되기 쉽기 때문에 지하에서의 움직임을 감지하는 데 사용하기 어렵습니다.

다나카와 그의 동료들은 우주선(cosmic ray)의 특성을 이용하여 화산, 원자로 노심, 피라미드처럼 접근하기 어려운 곳의 위치를 파악했습니다. 그들은 뮤온을 이용한 새로운 무선 위치 측정 시스템인 MuWNS를 개발했습니다. 이 시스템은 지표면의 기준 검출기와 지하에 설치된 수신 검출기로 구성되어 뮤온의 경로를 감지합니다. MuWNS는 뮤온의 위치와 방향을 분석하여 지표면의 기준 검출기에 대한 지하 수신 검출기의 상대적인 위치를 결정합니다.

수집된 모든 데이터는 뮤온 경로를 재구성하여 지하 지역의 모형이나 지도를 만드는 데 사용됩니다. 이 지도는 뮤온이 통과하는 물질의 구성 및 밀도와 같은 귀중한 정보를 제공하여 전문가들이 지하 구조와 지질학적 특징을 시각화하는 데 도움을 줄 수 있습니다.

연구팀은 지하에 수신 로봇을 배치하고 건물 6층에 기준 검출기 4개를 설치하여 새로운 MuWNS 시스템을 시험했습니다. 그런 다음 검출기가 수집한 우주선을 분석하여 지하에 있는 사람의 이동 경로를 성공적으로 재구성했습니다.

연구팀은 향후 수색 및 구조 임무와 화산 모니터링을 지원할 수 있는 세계 최초의 우주선 기반 GPS(Global Positioning System)를 시연했습니다. 앞으로 MuWNS를 스마트폰에 통합할 수 있도록 개선할 계획입니다.

투 타오 ( 흥미로운 엔지니어링 에 따르면)

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