科学上第一次，可以藉由一种宇宙射线所创造的粒子来侦测海啸波

我们都很清楚海啸可能带来的严重影响，而正是海啸可能造成的悲剧，让我们持续深入研究，以改善侦测的方法。一项新研究报导了一种更常用的方法来侦测海啸：也就是监控缈子（muon）。

有用的宇宙粒子

随著宇宙射线从太空到达地球时，这些能量非常高的基本粒子被创造出来，遍布于大气中每个地方，且能够无害地穿过几乎任何东西，包括你自己。当你在读这个句子时，就有十万颗缈子会通过你的身体。

很关键地是，在路径当中，它们能够被大型的自然力量非常些微地偏移位置，这包括了海啸。

灵敏侦测仪器

因此，需要一台非常灵敏的仪器来侦测缈子的运动。这指引我们到了一台机器，所谓的东京湾海底缈子透视图感测器阵列（Tokyo-Bay Seafloor Hyper-Kilometric Submarine Deep Detector，简称TS-HKMSDD）。它被放置于东京湾跨海公路（Tokyo Bay Aqua-Line）隧道之中。

这是第一次，TS-HKMSSD 能够透过缈子波纹，来侦测到海啸波。这个侦测是即时发生的，而且显示为非常地准确。从提早警告的观点来看，这是很重要的。

日本东京大学的地球物理学家田中宏幸教授（Hiroyuki Tanaka）说：“TS-HKMSSD 是世界上第一座水底缈子观测台，而它能够侦测到，在海啸之间变化的缈子活动。这个变化对应到由其他方法所测量出的涌浪（swell）。将这些读数做结合意味著，我们可以使用缈子透视图档案来准确地建立海平面变化的模型，绕过其他有缺点的方法。”

那些其他方法包括了验潮仪（tide gauge）、水中的浮标、从高处拍摄的卫星影像、以及海中各种感测器。然而，侦测缈子具有比这些方法更快、更便宜、以及更容易维护的潜力。

打造侦测系统

这项新研究描述了 TS-HKMSDD 系统是如何侦测到一个在 2021 年 9 月通过东京湾的轻微海啸，而此海啸是由一个从南边接近日本的颱风所造成。随著海洋涨起，缈子的数量些微地改变，并因为水的体积而分散。

既然 TS-HKMSSD 已经显示说它可以侦测到这些缈子偏移，研究人员就认为，像它这样的仪器能够被安装在其他位于具有海啸风险区域的隧道中，并且搭配像是验潮仪等其它的仪器来一起使用，以作为初期警告系统。

田中教授说：“多亏了像这样的早期测试的成功结果，相似的系统已经在英国以及芬兰进行测试。显然，像这样的研究通常会带来许多挑战，而在一个繁忙的隧道中安装精细的仪器也可能很困难。因此，我们很感激东京湾隧道相关当局愿意与我们合作。”

后续研究及应用

组成 TS-HKMSSD 的缈子侦测器实际上相当小，大概长 2 公尺。目前，共有 20 台沿著东京湾底下的海底隧道放置著，一起运作来打造整体系统。除了侦测接近的海啸外，像这样的系统也能够被用来寻找天然气储量、以及揭晓古代的地震模式。

目前，研究人员们很欣慰 TS-HKMSSD 能够作为一台精确的海啸侦测器而正常运行著。只要在一些进一步的研究，就能够用于提醒专家注意自然灾害。田中教授表示：“就我所知，东京湾海底隧道，是世界上第一条被定义为实验室而使用中的现行国家道路。”

参考资料：

Nield, D., (2022, April 17). In a Scientific First, a Cosmic Ray Sensor Detected Tsunami Waves. ScienceAlert
Tanaka, H. K. M. et al., (2022, April 12). Periodic sea-level oscillation in Tokyo Bay detected with the Tokyo-Bay seafloor hyper-kilometric submarine deep detector (TS-HKMSDD). Scientific Reports. doi.org/10.1038/s41598-022-10078-2
图片来源：https://www.sciencealert.com/in-a-scientific-first-a-cosmic-ray-sensor-has-detected-tsunami-waves（图：Hiroyuki Tanaka/Muographix）

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