科学家利用宇宙射线对金字塔内部进行全方位扫描

   绕波特        

金字塔是世界上最神秘的建筑物之一,作为古埃及的文明遗留,距今已经有数千年的历史,那么,金字塔大的内部究竟是什么样子的呢?为了搞清楚这个问题,科学家们曾经使用宇宙射线对它进行了全方位的扫描。


在拥有4,500年历史的金字塔深处发现了一个巨大的空隙。尽管不知道该空隙的确切方向,但塔尤比的团队能够确认它长约30米,位于大画廊上方,大走廊是将女王的房间与包含法老胡夫的石棺的房间相连的走廊。这是自19世纪以来在金字塔中发现的第一个新结构。


科学家利用宇宙射线对金字塔内部进行全方位扫描


这个大空隙是水平的是倾斜的,由一个结构还是几个连续的结构造成的。


也许比这两个发现更令人印象深刻的事实是,它们是在金字塔保持完好无损的情况下制成的。没有新的挖掘或拆卸结构,没有钻过任何房间壁,也没有打开密封的走廊。


ScanPyramids团队深入到堆积的石灰岩块中,形成了140米高的墓墙,并在其中发现了没人知道的空洞。使得这种惊人的壮举成为可能的是一种称为μon层析成像的技术,该技术使科学家能够探索以前无法到达的位置。


宇宙射线撞击大气中的分子产生的μ子级联到地球,穿透其路径中的结构。未被结构吸收的那些可以通过位于它们通过的结构内或附近的仪器来检测。


Muon层析成像有点像反向太空探索。它没有使用构造在地球上的仪器来调查太空,而是依靠在太空中产生的宇宙射线来探究地球上的事物。


科学家利用宇宙射线对金字塔内部进行全方位扫描


宇宙射线是高能粒子,它们以接近光速的速度刺穿整个太空。它们是由太阳,太阳系外的超新星事件甚至大爆炸产生的。它们一直在四面八方行驶,它们太多了,以至于它们不断与地球大气层中的氧气和氮气分子发生碰撞。他们发出了一连串的其他粒子,就像一个白球在一场斯诺克台球中打破了一群红色。


当高能宇宙粒子撞击到高层大气时,会产生大量的粒子喷淋。这些颗粒中的大多数被阻止在大气中。但是其中一些使它一路跌到地面。这些通常是傻瓜。


介子是一种基本粒子,像电子一样,但重200倍。与其他类型的辐射(例如X射线或伽马射线)相比,如此沉重和如此快速的传播使它们具有更大的穿透稠密材料的能力。但是,与X射线和伽马射线不同,宇宙射线μ子不会损坏它们穿过的物质。


Mouons可以穿过数十米的混凝土。它们也将不做任何事情通过您的身体, 它们无处不在,具有渗透性,而且没有成本。它们无处不在,并且是自然环境的一部分。


科学家利用宇宙射线对金字塔内部进行全方位扫描


μ子只是让您了解一下您无法进入的内部结构的东西,例如金字塔中的密闭室,考古现场中的封闭洞穴以及火山内的管道。但是,这样做的技巧是捕获穿过结构的μ子,并使用它们创建内部结构的图像。


VESuvius MUon人口统计学(MURAVES)项目的首席研究员Giovanni Macedonio博士将这一过程比作获得X射线的过程。假设有一个物体,例如您的手臂,在X射线源和相机之间,您的手臂会吸收穿过它的一些X射线。皮肤、肌肉、血管和骨骼的不同密度决定了有多少X射线到达相机,这些东西越密集,它们吸收的X射线就越多。


阴影越浅,零件越致密,并且有了这些知识,就可以区分内部的零件。同样的原理也适用于μ子层析成像和对象。


ScanPyramids团队的一些成员在胡夫金字塔的北面前方设置了该项目的μ探测器之一。


我们拥有X射线,而不是X射线,月亮是从地球周围的各个方向来的,但是我们对那些接近水平方向行进的月亮感兴趣,因此它们可以穿透火山。一路穿过维苏威火山的μ子在其后方产生了阴影。通过在附近放置μ子探测器,Macedonio和他的同事可以生成该阴影的图像,研究其中描绘的材料的密度,并开始区分维苏威内部的结构。


但是研究像火山一样大的东西需要耐心,因为介子很小,每秒只有约100子碰到任何给定的平方米。因此,尽管他们可能不断轰炸地球,但收集足够多的信息以提供有关维苏威火山大小的东西的有用信息需要花费一段时间。


μ子的流动性不强。大多数火山都被火山吸收了,所以我们确实需要很多时间-我们需要几个月。


因此,当您最终获得照片时,该如何处理?你可以用它来预测爆发吗?不,不完全是。但是您可以做的是了解火山管道的几何形状与喷发样式之间的关系。


特别是,如果维苏威火山爆发,什么条件可能导致火山灰云(可以使飞机降落并塌陷屋顶)或火山碎屑流(快速移动,过热的碎石和气体混合物,能够燃烧其路径中的任何物质)。而且,如果将这些信息与地震和气象数据结合起来,则可以在爆发喷发时提醒或撤离任何可能受到伤害的人。


成像技术的最新进展使μ子层析成像技术能够找到越来越多的应用范围,但是这项技术并不是新技术。1955年,工程师发现了μ子后不到20年(Carl Anderson和Seth Neddermeyer于20年前),用它来检查澳大利亚矿山上方的材料量。


在1960年代末之前,著名的美国物理学家路易斯·阿尔瓦雷斯(Luis Alvarez)使用μ子断层扫描技术来寻找金字塔中的暗室。如果你看看阿尔瓦雷斯(Alvarez)的原始论文,以及他对金字塔的测量,他绝对做对了一切,这做得非常巧妙。


阿尔瓦雷斯(Alvarez)正在看哈夫雷金字塔。如果他将探测器安装在隔壁的胡夫金字塔旁,他可能已经击败ScanPyramids项目近50年了。


所有这些都有助于解释为什么在越来越多的考古现场出现μ子探测器。随着改进的成像过程可提供更高分辨率的图像和更便宜,更便携的探测器的发展,μ子层析成像技术为我们提供了一个窗口,从而扩大了我们的探索范围。一个窗口使我们可以窥探到我们无法去的地方。


而且不乏这样的地方。例如,意大利的埃基亚山(Mount Echia)是一个60米高的岩石岬角,一直延伸到那不勒斯海湾。它是今天城市的一部分,但距今约3000年前,即公元前8世纪,它是帕特诺佩(Parthenope)的所在地,帕特诺佩是古希腊殖民地,后来成为那不勒斯。


岬角主要由凝灰岩组成,凝灰岩是一种由火山灰制成的柔软的黄色岩石,通常在古代建筑中使用。因此,在Echia山下存在着复杂的隧道和洞穴系统,几代人在那里挖掘凝灰岩作为建筑材料。


对隧道和洞穴的调查已经进行了多年,但是在2017年,那不勒斯和佛罗伦萨的物理学家团队意识到,埃契亚山的特征使其成为测试他们正在开发的μ子探测器的理想场所–部分原因是因为许多空腔已经为人所知(因此,团队将有一些依据来验证其结果),而且还因为它不只是将空腔埋在地下。


埃希亚山不是一个孤立的山丘;那不勒斯费德里科二世大学和意大利国家核物理研究所(INFN)的Giulio Saracino教授说。这不是一个容易的测试。但这是一个非常有趣的过程,因为在开始时尚不清楚所有建筑物是否都会干扰测量。


尽管如此,测试还是成功的:该团队不仅能够识别出已知的腔体,而且还发现了一个新的,以前隐藏的腔体的迹象。Saracino说:“我们发现了新的空腔,并在三个维度上对其进行了重建,并能够使洞穴学家(洞穴专家)感觉到它在地下的位置,因为目前尚无办法到达它。”


该团队从埃契亚山(Mount Echia)转移到库马(Cuma)的另一个洞穴考古遗址,那不勒斯附近的一个小镇被认为是意大利大陆上第一个希腊殖民地的所在地。COVID-19大流行打断了那里的工作,这只是μ子层析成像调查的障碍之一,因为不仅需要正确的地理和拓扑特征,而且政治形势也需要顺应,正如Nural Akchurin教授来自德州理工大学解释。


但是我们没有放弃在土耳其的某个地方部署我们的仪器,并且有几个候选站点。目前,我们正在实验室中进行测试。


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