36 дней над Индийским океаном бушевал тропический циклон Фредди — самый долгоживущий в истории наблюдений. Метеорологи следили за ним со спутников, с самолётов, с наземных станций. Но одна деталь ускользала от всех приборов: точная плотность воздуха в глубине вихря. А именно она определяет, куда циклон повернёт завтра.

Мюонный поток ведёт себя как градусник, который измеряет температуру всего тела, а не только подмышки. Космические лучи врезаются в атмосферу и рождают ливни частиц. Среди них — мюоны, тяжёлые родственники электрона. Чем плотнее воздух, тем больше мюонов гибнет по пути к земле. Детектор на поверхности ловит этот поток и по нему восстанавливает плотность воздуха не в одной точке, а сразу в большом объёме вокруг себя.

Авторы построили численный эксперимент: эталонная модель погоды WRF воспроизвела циклон Фредди, а из неё сгенерировали синтетические наблюдения мюонного потока. Их усвоили с помощью ансамблевого фильтра Калмана — метода коррекции прогноза по ансамблю из 50 симуляций с локализацией радиусом 640 км. Оказалось, что мюонные данные снижают ошибку приземного давления на величину до 10% и более по сравнению со свободным прогнозом. Это сильнее, чем эффект от точечного измерения давления в том же месте. Причина проста: мюоны чувствуют плотность в большом объёме вокруг детектора, поэтому корреляции с давлением в стороне от точки измерения оказываются сильнее. Для заметного преимущества хватило бы детектора с эффективной площадью всего 0.27 м² при часовом накоплении.

Было известно, что поток атмосферных мюонов зависит от плотности воздуха, но никто не показывал, можно ли использовать эту зависимость для улучшения прогнозов погоды в оперативной системе усвоения данных. Теперь стало ясно: усвоение мюонного потока в ансамблевом фильтре Калмана улучшает оценки приземного давления, ветра и температуры, причём эффект от мюонов сильнее, чем от точечного измерения давления той же локации. Уже сегодня можно ставить недорогие мюонные счётчики для улучшения локальных прогнозов, особенно в районах с редкой сетью метеостанций — над океанами или в полярных областях.

Астрофизические обсерватории, такие как IceCube или Pierre Auger, могут стать попутными поставщиками данных для погодных моделей. Естественное развитие — использовать не только полный интегральный поток, но и его угловое распределение: анизотропия мюонов несёт информацию о направлении на атмосферные неоднородности. Другое направление — оптимизация локализации и частоты усвоения под конкретные метеорологические задачи. Перспективно развернуть сети недорогих сцинтилляционных детекторов в регионах, где традиционные наблюдения редки. Мюонный градусник, приложенный к атмосфере, уже показал, что способен уловить жар циклона.