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科学者が宇宙放射線を利用してピラミッド内部をのぞく方法

2016 年 10 月 13 日までに、Mehdi Tayoubi 氏は、彼の ScanPyramids プロジェクトが正しい軌道に乗っていることをすでに認識していました。その日、Tayoubi と彼のチームは、ギザの大ピラミッドとしても知られるクフ王のピラミッドの北面で見つかった、以前は知られていなかった小さな空洞についてエジプト学者の委員会と面会しました。 ScanPyramids プロジェクトはわずか 12 か月前に開始されましたが、すでに有望な結果が得られていました.

その後、2017 年に金を掘り当てました。4,500 年前のピラミッドの奥深くで巨大な空隙が検出されました。空隙の正確な方向は不明でしたが、Tayoubi のチームは、それが長さ約 30 メートルで、グランド ギャラリー (女王の部屋とファラオ クフの石棺を含む部屋をつなぐ回廊) の上に位置していることを確認することができました。これは、19 世紀以来、ピラミッドで発見された最初の主要な新しい構造でした。

「この大きな空洞が水平なのか傾いているのかはわかりません。この空洞が 1 つの構造によって作られているのか、複数の連続した構造によって作られているのかはわかりません。私たちが確信しているのは、この大きな空白がそこにあり、印象的であり、私の知る限り、いかなる理論によっても予想されていなかったということです. P>

しかし、おそらく 2 つの発見よりも印象的だったのは、ピラミッドが完全に無傷のままである間にそれらが作成されたという事実です。構造の新たな発掘や解体は行われていませんでした。部屋の壁に穴を開けたり、封印された通路を開けたりすることはありませんでした。

ScanPyramids のチームは、高さ 140 メートルの墓の壁を形成するために積み上げられた石灰岩のブロックの奥深くをのぞき込み、その内部に存在することを誰も知らなかった空洞を特定しました。そして、この驚くべき偉業を可能にしたのは、ミューオン トモグラフィーとして知られる技術でした。これにより、科学者はこれまで到達できなかった場所を探索することができます。

ミューオントモグラフィーは、逆に言えば宇宙探査に少し似ています。宇宙を調査するために地球上で構築された機器を使用する代わりに、宇宙で生成された宇宙線に依存して地球上の物事を掘り下げます.

宇宙線は、光速に近い速度で宇宙を疾走する高エネルギー粒子です。それらは、太陽、太陽系外の超新星イベント、さらにはビッグバンによって生成されます.それらは常にあらゆる方向に移動しており、その数が非常に多いため、地球の大気中の酸素分子や窒素分子と常に衝突しています。その時点で、スヌーカーの試合で白いボールが赤のパックを壊すのと同じように、他のパーティクルのカスケードを開始します.

「高エネルギーの宇宙粒子が上層大気に衝突すると、大量の粒子のシャワーが生成されます」と、グラスゴー大学の物理学者であるラルフ カイザー教授は説明します。 「これらの粒子のほとんどは大気中にとどまっています。しかし、それらのいくつかは、地面までずっとそれを作ります。そして、それらは典型的にはミュオンです。」

ミューオンは電子のような素粒子ですが、200倍重いです。非常に重く、非常に速く移動するため、X 線やガンマ線などの他の種類の放射線よりも高密度の物質を透過する能力が高くなります。しかし、X 線やガンマ線とは異なり、宇宙線ミューオンは通過する物質に損傷を与えません。

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「[ミュオンは]数十メートルのコンクリートを横切ることができます。また、何もせずに体を通過します」とカイザーは言います。 「それらはどこにでもあり、浸透性があり、コストがかかりません。どこにでもいて、自然環境の一部です。」

要するに、ミュオンは、ピラミッドの密閉された部屋、考古学遺跡の閉鎖された洞窟、火山内の導管など、内部に入ることのできない構造の内部を垣間見るためのものです。ただし、これを行う秘訣は、構造を通過したミューオンをキャッチし、それらを使用して内部の画像を作成することです.

VESuvius の MUon 放射線撮影 (MURAVES) プロジェクトの主任研究員である Giovanni Macedonio 博士は、このプロセスを X 線を取得することに例えています。 X 線源とカメラの間に物体、たとえば腕がある場合、腕はそれを通過する X 線の一部を吸収します。皮膚、筋肉、血管、骨のさまざまな密度によって、カメラに到達する X 線の数が決まります。密度が高いほど、より多くの X 線を吸収します。

「[本質的に] さまざまな部分の影が見えます」とマセドニオは言います。影が明るいほど、パーツは濃くなり、その知識を武器に、内部のパーツを区別することができます。同じ原理が、ミューオン トモグラフィーや、調査に使用されるベスビオ山などの天体にも当てはまります。

「X 線の代わりにミュー粒子があります」とマセドニオは言います。 「ミュオンは地球のあらゆる方向から飛来していますが、火山を貫通できるように、ほぼ水平に移動するミューオンに関心があります。ベスビオをずっと通過するミューオンは、その背後に影を作ります。」ミューオン検出器を近くに配置することで、マセドニオと彼の同僚はその影の画像を生成し、そこに描かれている物質の密度を調べ、ベスビオ内部の構造を識別し始めることができます.

しかし、火山のような大きなものを研究するには忍耐が必要です。ミュオンは小さく、毎秒 1 平方メートルあたり約 100 個しか衝突しないからです。そのため、彼らは絶えず地球を砲撃しているかもしれませんが、ベスビオほどの大きさの物体に関する有用な情報を提供するのに十分な数を収集するには、しばらく時間がかかります.

「ミューオンの流れは強くありません」とマセドニオは言います。 「それらのほとんどは火山に吸収されるため、多くの時間が必要です。数か月かかります。」

では、最終的に写真を手に入れたら、それで何ができるでしょうか?噴火予知に使える?いいえ、正確ではありません。しかし、あなたにできることは、火山の火道の形状と噴火のスタイルとの関係を理解することです.

特に、ベスビオ火山が噴火した場合、どのような条件が灰の雲 (飛行機を地面に落とし、屋根を崩壊させる可能性がある) または火砕流 (岩の破片とガスの急速に移動する過熱混合物) を引き起こす可能性があるか.また、この情報を地震や気象のデータと組み合わせれば、噴火の時期に危険な場所にいる可能性のある人に警告したり、避難させたりすることができます。

イメージング技術の最近の進歩により、ミュオン トモグラフィーの応用範囲が拡大していますが、この手法は新しいものではありません。エンジニアの EP ジョージは、ミューオンが発見されてから 20 年もたたない 1955 年に、オーストラリアの鉱山の上にある物質の量をチェックするためにそれを使用しました (1936 年にカール アンダーソンとセス ネダーマイヤーによって)。

1960 年代の終わりまで、有名なアメリカの物理学者ルイス・アルバレスは、ミュオン トモグラフィーを使用して、ピラミッド内の隠された部屋を探していました。 「Alvarez による元の論文と彼のピラミッドの測定値を見ると、彼は完全にすべてを正しく行っていました」と Kaiser は言います。 「それは非常に巧妙に行われました。彼は空洞を見つけませんでしたが、間違ったピラミッドを探していたのは残念でした。」

アルバレスはカフラー王のピラミッドの中を見ていました。彼が検出器を隣のクフ王のピラミッドに設置していたら、ScanPyramids プロジェクトを 50 年近くも打ち負かしていたかもしれません。

これらすべてが、ますます多くの考古学的遺跡にミュオン検出器が出現している理由を説明するのにある程度役立ちます。イメージング プロセスの改善により、より高解像度の写真を提供し、より安価で携帯可能な検出器が開発されているため、ミューオン トモグラフィーは、私たちに窓を提供することで、探査の範囲を拡大しています。

そして、そのような場所に事欠きません。たとえば、イタリアのエヒア山は、ナポリ湾に突き出た高さ 60 メートルの岩の多い岬です。今日では都市の一部となっていますが、約 3,000 年前の紀元前 8 世紀には、後にナポリとなる古代ギリシャの植民地、パルテノペの場所でした。

岬の大部分は凝灰岩で構成されています。凝灰岩は、火山灰からできた柔らかい黄色の岩で、古代の建造物でよく使われていました。このように、エキア山の地下には複雑なトンネルと洞窟のシステムが存在し、何世代にもわたって人々が建築材料として使用する凝灰岩を発掘してきました.

トンネルと洞窟の調査は何年にもわたって行われてきましたが、2017 年にナポリとフィレンツェの物理学者チームは、エヒア山の特徴が彼らが開発していたミュオン検出器をテストするのに理想的な場所になることに気付きました。空洞は既に知られています (そのため、チームは結果を検証するための何かを持つことになります) だけでなく、空洞が埋もれている地面だけではないためです.

「エヒア山は孤立した丘ではありません。完全に建物に覆われています」と、ナポリ フェデリコ 2 世大学およびイタリア国立核物理学研究所 (INFN) のジュリオ サラチーノ教授は述べています。 「ですから、簡単なテストではありませんでした。しかし、すべての建物が測定に干渉するかどうかは最初は明確ではなかったので、非常に興味深いものでした。」

それにもかかわらず、テストは成功しました。チームは、既知の空洞の選択を特定できただけでなく、以前は隠されていた新しい空洞の兆候も発見しました. 「私たちは新しい空洞を発見し、それを 3 次元で再構築し、洞窟学者 [洞窟の専門家] にその地下の位置の感覚を与えることができました。現時点ではそこに到達する方法がないためです」と Saracino 氏は言います。

チームはエヒア山から、イタリア本土で最初のギリシャ人植民地があった場所と考えられているナポリ近郊の町、クーマにある別の洞窟遺跡に移動しました。そこでの研究は COVID-19 パンデミックによって中断されましたが、これはミュオン トモグラフィー調査の障害の 1 つにすぎません。なぜなら、適切な地理的およびトポロジー的特徴が必要とされるだけでなく、政治的状況も受け入れられる必要があるからです。テキサス工科大学が説明します。

「私たちは最初の試作品 [ミューオン検出器] をトルコに持ち込んで、リミラの遺跡を撮影しようとしていました。しかし、トルコの政治は厄介でした。 [2016 年に] クーデターの試みがあり、1 年か 2 年の間、多くのことが急に止まってしまいました…それで、私たちは物事を改善する必要があるので、「よし、2 番目のプロトタイプに取り組みましょう」と言いました.

「しかし、トルコのどこかに機器を配備することをあきらめていません。候補地がいくつかあります。現在、私たちは実験室で物事をテストしています。しかし、短期間で、検出器を配備することができます。おそらくこれです新型コロナウイルスが許せば、夏に。」

COVID は ScanPyramids プロジェクトにも影響を与えました。 2020年に作業が中断される前に、クフ王のピラミッドでミューオントモグラフィーを継続すると、2016年に発見されたより小さな空洞がさらに明らかになり(おそらく上向きに角度を付けてピラミッド内に少なくとも5メートル伸びる回廊であることを示唆しています)、 2017 年に発見された大きな空洞 (現在、少なくとも 40 メートルの長さであると考えられています)。

COVID ワクチンの世界的な展開が計画どおりに進めば、ScanPyramids プロジェクトやその他のプロジェクトの作業がすぐに再開される可能性があります。そしてそれが実現すれば、世界最古の自然構造物や人工構造物の内部に隠された秘密がさらに明らかになり始める可能性があります。

  • この記事は、BBC Science Focus Magazine の第 362 号に最初に掲載されました – 購読方法はこちら

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