美國海軍研究μ粒子水下定位 補上GPS不足

潛艦藏於海洋中,是最隱密的現代武器,但μ粒子可能會破解它的僞裝。(圖/美國海軍)

全球定位系統GPS,是現行最常用的衛星定位系統,但是極地區域很難涵蓋到。。美國海軍現在要挑戰這個困境,他們試圖利用宇宙高能射線(μ粒子muon)的強力穿透性,設計一種在極區深海環境也可收訊的導航方式。

任務命令(Task and Purpose)報導,與GPS信號不同,宇宙射線μ子是一種天然輻射源,可以穿過岩石建築物地球,可以在北極圈以北的高緯度地區使用,那裡的GPS衛星由於軌道限制而無法正常工作。

美國海軍研究辦公室 (Office of Naval Research ,ONR)與美國陸軍發展司令部(U.S. Army Development Command,DEVCOM)共同支持1支國際研究團隊,他們希望證明 μ子可以作爲GPS的替代品,還能提供相同水準精確度。他們有9個月的時間來證明。如果可以,這項發明可能會改變軍隊遊戲規則

該計劃的首席科學家克里斯‧艾迪博士(Charles Eddy)說:「隨着氣候暖化,北極海域成了重要的商業軍事航道,在極區航行的能力變得越來越重要,然而此區幾乎沒有GPS可用,是導航的一大挑戰。」

宇宙射線進入大氣層後的散射過程,出現mu粒子。(圖/physicsopenlab)

而且,GPS問世許久,已出現針對性干擾器,戰爭期間,GPS有可能失靈,這時需要備用導航系統

美國能源部介紹,μ粒子又叫渺子,是基本的亞原子粒子之一,有點像電子,但要比電子更重。地球上的μ粒子是宇宙射線與地球大氣粒子碰撞產生的,宇宙射線的來源還不太清楚,可能是遙遠星體所製造的,但重點是,宇宙線持續打擊大氣層,也就會在大氣中不斷產生,它幾乎撞擊地球表面每塊地方,但我們不會查覺,完全穿透過去。

2020 年發表在《自然》雜誌上的一項關於μ粒子的研究寫道:「A.宇宙射線μ粒子無處不在,具有普遍性。B.利用這種普遍性和相對論性質,μ子有可能成爲水下地下接收器探測器。」

研究人員解釋,我們可以利用類似聲納回聲定位的原理,不同的探測器相互比對 μ粒子的信號,然後以三角測量進行定位。

研究人員最先在英國的大型水池實驗,現在又換到芬蘭,在當地找一個覆蓋着一公尺厚冰的北極湖來實測。

“在這些高緯度地區,傳統的 GPS 測量由於軌道限制而存在問題,”ONR 寫道。

它的進一步發展,可能會使潛艦變得無所遁形,「海洋對μ子是完全透明的,因此我們如果能掌握μ子在不同介質偏差,就可能看透海底。同樣,μ子也能穿過數十到數百公尺厚的岩石,因此也能應用在隧道調查中。」

原本屬於在量子力學,以及天體物理學術名詞,現在卻可能應用軍事導航上,科技正朝科幻小說的方向前進。但儘管聽起來很複雜,但科學家們對接下來的發展相當期待。