Naukowcy odkrywają intrygującą korelację między trzęsieniami ziemi a promieniowaniem kosmicznym

Może potencjalnie pomóc w przewidywaniu trzęsień ziemi, ale najpierw należy wyjaśnić korelację.

Silne trzęsienia ziemi często powodują wiele ofiar w ludziach i ogromne straty materialne. Skalę tragedii można by znacznie zmniejszyć, gdybyśmy potrafili przewidzieć czas i miejsce tych kataklizmów.

Projekt CREDO, zainicjowany w 2016 roku przez Instytut Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie, ma na celu zweryfikowanie znanej wcześniej hipotezy mówiącej, że trzęsienia ziemi można potencjalnie przewidzieć obserwując zmiany promieniowania kosmicznego.

Analizy statystyczne wykazały, że istnieje korelacja między obydwoma zjawiskami, jednak wykazuje ona cechy, których nikt się nie spodziewał – podają przedstawiciele Instytutu Fizyki Jądrowej PAN w oświadczeniu przesłanym PAP – Nauka w Polsce.

„Na pierwszy rzut oka pomysł, że istnieje związek między trzęsieniami ziemi a promieniowaniem kosmicznym w jego pierwotnej postaci, które dociera do nas głównie ze Słońca i głębi przestrzeni kosmicznej, może wydawać się dziwny. Jednak jego fizyczne podstawy są całkowicie racjonalne” – mówi dr Piotr Homola (Instytut Fizyki Jądrowej PAN i AstroCeNT CAMK PAN), koordynator CREDO i pierwszy autor artykułu opisującego odkrycie w Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics.

Główną ideą jest obserwacja, że ​​prądy wirowe w płynnym jądrze naszej planety są odpowiedzialne za wytwarzanie ziemskiego pola magnetycznego. Pole to odwraca ścieżki naładowanych cząstek od pierwotnego promieniowania kosmicznego. Tak więc, gdyby duże trzęsienia ziemi były powiązane z zakłóceniami w przepływach materii napędzających dynamo Ziemi, zakłócenia te zmieniałyby pole magnetyczne, co z kolei wpływałoby na ścieżki cząstek pierwotnego promieniowania kosmicznego w sposób zależny od dynamiki. zakłóceń na naszej planecie. W efekcie detektory naziemne powinny zaobserwować pewne zmiany w liczbie wykrytych cząstek wtórnego promieniowania kosmicznego.

Jak podaje Instytut Fizyki Jądrowej PAN, fizycy CREDO przeanalizowali dane dotyczące natężenia promieniowania kosmicznego z dwóch stacji z projektu Neutron Monitor Database (zbierane na przestrzeni ostatnich pięciu dekad) i Obserwatorium Pierre Auger (zbierane od 2005 roku). O wyborze obserwatoriów zadecydował fakt, że są one zlokalizowane po obu stronach równika i wykorzystują różne techniki detekcji. Analizy obejmowały zmiany aktywności słonecznej, zgodnie z opisem w bazie danych prowadzonej przez Centrum Analiz Danych Wpływów Słonecznych. Główne informacje na temat aktywności sejsmicznej Ziemi uzyskano z amerykańskiej służby geologicznej.

Analizy przeprowadzono przy użyciu różnych technik statystycznych. W każdym przypadku dla badanego okresu pojawiła się wyraźna korelacja między zmianami natężenia wtórnego promieniowania kosmicznego a całkowitą magnitudą wszystkich trzęsień ziemi o sile większej lub równej 4. Co ważne, korelacja ta staje się widoczna dopiero wtedy, gdy dane dotyczące promieniowania kosmicznego jest 15 dni przed danymi sejsmicznymi. To dobra wiadomość, ponieważ sugeruje możliwość wykrycia zbliżającego się trzęsienia ziemi z dużym wyprzedzeniem.

Niestety, analizy nie wskazują jednoznacznie, czy uda się określić miejsca katastrof. Korelacje między zmianami natężenia promieniowania kosmicznego a trzęsieniami ziemi nie są widoczne w analizach specyficznych dla danego miejsca. Pojawiają się dopiero wtedy, gdy uwzględni się aktywność sejsmiczną w skali globalnej. Może to oznaczać, że zmiany natężenia promieni kosmicznych pokazują zjawisko, któremu podlega cała nasza planeta.

„W świecie naukowym przyjmuje się, że odkrycie można uznać za dokonane, gdy statystyczny poziom ufności potwierdzających danych osiąga pięć sigma, czyli odchylenia standardowe. Dla zaobserwowanej korelacji otrzymaliśmy więcej niż sześć sigma, co oznacza mniej niż jeden na miliard szans, że korelacja jest dziełem przypadku. Mamy zatem bardzo dobrą podstawę statystyczną, aby twierdzić, że odkryliśmy naprawdę istniejące zjawisko. Pytanie tylko, czy rzeczywiście jest to to, czego oczekiwaliśmy” – mówi dr Homola.

Okazuje się, że globalny charakter obserwowanego zjawiska i 15-dniowy postęp aktywności sejsmicznej widoczny w promieniowaniu kosmicznym to nie jedyne intrygujące zagadki związane z odkryciem. Dużym zaskoczeniem jest wielkoskalowa cykliczność korelacji – zjawisko, którego nikt się nie spodziewał. Analiza pokazuje, że maksymalna korelacja występuje co 10-11 lat, czyli okres podobny do cyklu aktywności Słońca. Jednak wcale nie pokrywa się to ze szczytową aktywnością naszej gwiazdy!

Co więcej, istnieją inne częste okresy o nieznanym charakterze, zarówno w danych dotyczących promieniowania kosmicznego, jak i danych sejsmicznych. Przykłady obejmują okresowe zmiany aktywności sejsmicznej i intensywności wtórnego promieniowania kosmicznego w cyklu odpowiadającym ziemskiemu dniu gwiazdowemu (równym 24 godzinom minus ~ 236 sekund). Czy korelacje kosmiczno-sejsmiczne mogą być spowodowane jakimś czynnikiem docierającym do nas spoza Układu Słonecznego, zdolnym jednocześnie wywołać promieniowanie i efekty sejsmiczne? Jakie konwencjonalne zjawisko fizyczne mogłoby jakościowo wyjaśnić widoczne korelacje?

Brak klasycznych wyjaśnień obserwowanych okresowości skłania do zastanowienia się nad możliwą rolą innych, mniej konwencjonalnych zjawisk. Jednym z nich może być przejście Ziemi przez strumień ciemnej materii modulowany przez Słońce i inne masywne ciała w naszym układzie planetarnym. Ziemia, ze swoim czułym polem magnetycznym, jest niezwykle czułym detektorem cząstek, wielokrotnie większym niż detektory stworzone przez człowieka. Rozsądne jest zatem rozważenie możliwości, że mógłby on reagować na zjawiska niewidoczne dla istniejących urządzeń pomiarowych.

«Bez względu na źródło obserwowanych okresowości najważniejsze na tym etapie badań jest to, że wykazaliśmy związek pomiędzy promieniowaniem kosmicznym zarejestrowanym na powierzchni naszej planety a jego sejsmicznością – i jeśli w ogóle można pewne jest to, że nasze obserwacje wskazują na zupełnie nowe i ekscytujące możliwości badawcze” – mówi dr Homola.

Międzynarodowy projekt CREDO (Cosmic Ray ively Distributed Observatory) to wirtualne, otwarte obserwatorium promieniowania kosmicznego, które gromadzi i przetwarza dane nie tylko z wyrafinowanych detektorów naukowych, ale także z dużej liczby mniejszych detektorów, w tym czujników CMOS w smartfonach (m.in. smartfon do detektora promieni kosmicznych, wystarczy zainstalować bezpłatną aplikację CREDO Detector). Jednym z głównych zadań CREDO jest monitorowanie globalnych zmian w strumieniu wtórnego promieniowania kosmicznego docierającego do powierzchni naszej planety. Promieniowanie to powstaje w ziemskiej stratosferze najintensywniej w tzw. maksimum Regene’a-Pfotzera, gdzie cząstki pierwotnego promieniowania kosmicznego zderzają się z cząsteczkami gazu w naszej atmosferze i inicjują kaskady cząstek wtórnych.

Informacje źródłowe są dostępne tutaj (https://press.ifj.edu.pl/en/aktualności/2023/06/14/).

PAP – Nauka w Polsce

lt/ zan/ kap/

tr. RL