มองเข้าไปในภูเขาไฟ

เวซูเวียสเป็นภัยอันตรายที่รู้จักกันดีในเนเปิลส์และเขตเทศบาลโดยรอบที่แนบชิดข้างภูเขาไฟ น่าอับอายสำหรับการทำลายเมืองโบราณของปอมเปอีในปี ค.ศ. 79 ภูเขาไฟได้สงบลงตั้งแต่ปีพ. ศ. 2487 เมื่อการปะทุครั้งใหญ่ทำลายหมู่บ้านใกล้เคียงหลายแห่ง ( SN: 2/29/20, p. 5 ) แต่ถ้ามันปะทุ มันจะเป็นอันตรายต่อชีวิตของผู้คนประมาณ 600,000 คนที่อาศัยอยู่ใกล้มันที่สุด และคนอื่นๆ อีกหลายคนในบริเวณใกล้เคียง

“วิสุเวียสทำให้ฉันกลัวอยู่เสมอ” D’Errico กล่าว “ฉันเกิดและอาศัยอยู่ใต้ภูเขาไฟนี้” 

ตอนนี้ เป็นส่วนหนึ่งของการทดลอง Muon Radiography of Vesuvius หรือ MURAVES เธอพยายามทำความเข้าใจภูเขาไฟและอันตรายของภูเขาไฟให้ดียิ่งขึ้น

ทีมงานใช้เครื่องตรวจจับมิวออน 1.5 กิโลเมตรจากปากปล่องภูเขาไฟเพื่อทำแผนที่ความหนาแน่นของมิวออน – และความหนาแน่นของหิน – ที่ด้านบนสุดของกรวยวิสุเวียส ในบทความที่โพสต์เมื่อวันที่ 24 กุมภาพันธ์ที่ arXiv.org นักวิจัยได้นำเสนอคำแนะนำเบื้องต้นเกี่ยวกับความแตกต่างของความหนาแน่นระหว่างส่วนทางตะวันตกเฉียงเหนือและตะวันออกเฉียงใต้ของภูเขาไฟ MURAVES ยังคงรวบรวมข้อมูลอยู่ การสังเกตการณ์ในอนาคตควรช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจรายละเอียดปลีกย่อยของโครงสร้างภายในของภูเขาไฟ ซึ่งคาดว่าน่าจะเป็นชั้นเนื่องจากการปะทุซ้ำแล้วซ้ำอีก

ข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างของภูเขาไฟสามารถช่วยนักวิทยาศาสตร์คาดการณ์อันตรายที่อาจเกิดขึ้นจากการปะทุในที่สุด เช่น บริเวณที่อาจเกิดดินถล่ม Cârloganu ผู้ศึกษาภูเขาไฟ Puy de Dôme ที่สงบนิ่งใกล้ Clermont-Ferrand ประเทศฝรั่งเศส เปิดเผยว่าต้องทำอย่างไรเพื่อลดความเสี่ยงต่อผู้คนที่อาศัยอยู่ใกล้เคียง และนั่นสามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์รู้ว่าต้องทำอย่างไรเพื่อลดความเสี่ยงต่อผู้คนที่อาศัยอยู่ใกล้เคียง ในอิตาลี.

ตัวอย่างเช่น เมื่อ Mount St. Helens ในกรุงวอชิงตันปะทุในปี 1980 ภูเขาไฟด้านข้างทั้งลูกถล่มลงมา ภัยพิบัติดังกล่าวคร่าชีวิตผู้คนไป 57 ราย และสร้างความเสียหายเป็นวงกว้าง การรู้ว่าจุดอ่อนของโครงสร้างของภูเขาไฟอยู่ที่ใดสามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์คาดการณ์ได้ดีขึ้นว่าการปะทุจะเกิดขึ้นได้อย่างไร และบริเวณใดที่อยู่ในเขตอันตราย Cârloganu กล่าว

Cârloganuคิดว่ามิวออนจะเป็นประโยชน์ในการชี้ให้เห็นจุดอ่อนของโครงสร้าง แต่ไม่ใช่สำหรับการเตือนเมื่อภูเขาไฟกำลังจะระเบิด นักวิจัยคนอื่นมองโลกในแง่ดีมากขึ้นเกี่ยวกับความสามารถของมิวออนในการเตือนล่วงหน้าอย่างทันท่วงที

Muography นั้นสุกงอมสำหรับการรวมอยู่ในระบบเตือนภัยล่วงหน้าของภูเขาไฟ Leone, Tanaka และเพื่อนร่วมงานเขียนเมื่อเดือนพฤศจิกายนปีที่แล้วในProceedings of the Royal Society A.แต่ต้องมีการดำเนินการเพิ่มเติมเพื่อรวม muography กับวิธีการอื่น ๆ ที่จัดตั้งขึ้นเพื่อช่วยเตือนการปะทุที่จะเกิดขึ้น ลีโอนกล่าว วิธีการเหล่านี้รวมถึงการตรวจวัดคลื่นไหวสะเทือน รวมถึงการสังเกตการเปลี่ยนรูปของพื้นดินและการปล่อยก๊าซภูเขาไฟ

ทานากะและเพื่อนร่วมงานกำลังศึกษาภูเขาไฟซากุระจิมะ 

หนึ่งในภูเขาไฟที่ยังคุกรุ่นที่สุดในโลก ใกล้กับเมืองคาโกชิมะ ประเทศญี่ปุ่น ปล่องภูเขาไฟแห่งหนึ่ง คือ ปล่องภูเขาไฟโชวะ ปะทุขึ้นบ่อยครั้งจนถึงปี 2017 เมื่อกิจกรรมเปลี่ยนไปเป็นปล่องอีกแห่งหนึ่งอย่างกะทันหัน มินามิดาเกะ การเปรียบเทียบข้อมูล muography ก่อนและหลังการเปลี่ยนแปลงนี้เปิดเผยว่าบริเวณใหม่ที่หนาแน่นได้ก่อตัวขึ้นใต้ปล่อง Showaทานากะและเพื่อนร่วมงานรายงานในปี 2019 ในจดหมายวิจัยธรณีฟิสิกส์ นั่นบ่งบอกถึงเหตุผลที่การปะทุของโชวะหยุด: มันถูกอุดตันด้วยแมกมาที่แข็งตัวอย่างหนาแน่น Tanaka กล่าว

ผลลัพธ์เหล่านี้ชี้ให้เห็นว่านักวิทยาศาสตร์สามารถใช้ muography เพื่อช่วยทำนายการระเบิดของภูเขาไฟ Tanaka กล่าว ทานากะและเพื่อนร่วมงานรายงานใน รายงานทางวิทยาศาสตร์ ในปี 2020 โดยใช้เทคนิคการเรียนรู้เชิงลึกเกี่ยวกับข้อมูล muography จากซากุระจิมะว่าพวกเขาสามารถทำนายได้ว่าภูเขาไฟจะปะทุในวันถัดไปหรือไม่ โดยการวิเคราะห์ข้อมูลของสัปดาห์ก่อน เทคนิคนี้ทำนายวันปะทุของภูเขาไฟได้ถูกต้องมากกว่า 72 เปอร์เซ็นต์ของเวลาทั้งหมด และทำนายวันที่ไม่ปะทุของภูเขาไฟได้ถูกต้องมากกว่า 85 เปอร์เซ็นต์ของเวลาทั้งหมด

เช่นเดียวกับการค้นพบรังสีเอกซ์ได้เปิดเผยวิธีใหม่ในการมองโลก การควบคุมมิวออนก็สามารถเปลี่ยนมุมมองของเราต่อสภาพแวดล้อมรอบๆ ตัวได้ ทัศนคติต่ออนุภาคที่ครั้งหนึ่งเคยคิดว่าไม่จำเป็น — ไม่ต้องการและไม่เป็นที่รักของนักฟิสิกส์ — ได้เปลี่ยนแปลงไปแล้ว วันหนึ่ง มิวออนอาจช่วยชีวิตคนได้

ของต้องห้ามเปิดเผยภาพเอ็กซ์เรย์ของซูเปอร์แมนนั้นน่าประทับใจ แต่นักวิทยาศาสตร์บางคนอาจชอบการมองเห็นของมิวออน ตัวอย่างเช่น มิวออนสามารถช่วยให้เจ้าหน้าที่ตรวจดูภายในตู้คอนเทนเนอร์ที่ปิดสนิท “เพื่อดูว่ามีอะไรน่าสงสัยอยู่ข้างในหรือไม่” Andrea Giammanco นักฟิสิกส์อนุภาคจาก Université Catholique de Louvain ในเบลเยียมกล่าว โครงการที่ได้รับทุนสนับสนุนจากสหภาพยุโรปที่เรียกว่าSilent Borderมีเป้าหมายเพื่อพัฒนาวิธีการเปิดเผยของเถื่อนที่เป็นอันตรายที่ด่านศุลกากรโดยไม่ต้องเปิดและตรวจสอบตู้คอนเทนเนอร์ทุกตู้ที่ผ่าน

กุญแจสำคัญของเทคนิคนี้คือการวัดว่ามิวออนกระจายอย่างไร เมื่อมิวออนผ่านวัตถุ บางส่วนจะถูกดูดกลืนและบางส่วนจะกระจายไป เปลี่ยนทิศทาง การใช้เครื่องตรวจจับด้านบนและด้านล่างของวัตถุ นักวิทยาศาสตร์สามารถสังเกตได้ว่าวิถีของมิวออนเปลี่ยนแปลงอย่างไรเมื่อเคลื่อนผ่านวัตถุ เนื่องจากมิวออนมีแนวโน้มที่จะกระเจิงในมุมที่กว้างกว่าในวัสดุที่ทำจากองค์ประกอบที่หนักกว่า เทคนิคนี้สามารถเปิดเผยสาร เช่น ยูเรเนียมได้