Каждую секунду из космоса в атмосферу Земли врезаются невидимые частицы — космические лучи. Сталкиваясь с молекулами воздуха, они рождают ливни вторичных частиц, среди которых особенно много мюонов. Мюон — тяжёлый родственник электрона, который живёт всего пару микросекунд, но успевает долететь до земли. В обсерватории GRAPES-3 на юге Индии стоит гигантский телескоп площадью 560 квадратных метров, который считает эти мюоны круглосуточно. За сутки набегает около четырёх миллиардов частиц — статистика настолько точная, что часовые колебания потока заметны на уровне сотых долей процента.

Оказалось, мюоны — отличные термометры. Когда верхние слои атмосферы (выше 20 километров) нагреваются, воздух расширяется, и мюонам приходится пробиваться сквозь большее количество вещества. Часть из них распадается по дороге, и поток у земли слабеет. И наоборот: холодная стратосфера сжимается, и мюонов доходит больше. За 22 года наблюдений — с 2001 по 2022 — учёные сравнили поток мюонов с данными о температуре из метеорологической базы MERRA-2. Выяснилось, что потепление верхней атмосферы на один градус уменьшает поток мюонов на 0,22 процента.

Второй фактор — межпланетное магнитное поле, которое создаётся солнечным ветром. Спутники ACE и WIND, висящие в точке Лагранжа L1 между Землёй и Солнцем, непрерывно меряют это поле. Оказалось, что усиление поля на один нанотесла (примерно в сто тысяч раз слабее магнита на холодильнике) снижает поток мюонов на 0,57 процента. Это как если бы огромный невидимый щит то появлялся, то исчезал перед Землёй, меняя количество долетающих частиц.

Практическая польза очевидна: вместо дорогих спутников для мониторинга стратосферы и космической погоды можно использовать наземные мюонные телескопы. Они работают непрерывно, не боятся облаков и дают данные каждые несколько минут. Так физика частиц превращается в службу погоды — только погоды на высоте 30 километров и в миллионах километров от Земли.